Меню

Градиентные наблюдения включают измерение



Во время летней учебной практики теплобалансовые наблюдения включают в себя:

— измерение радиационного баланса и его составляющих;

— измерение температуры и влажности воздуха (парциального давления водяного пара) на уровнях 0,5 и 1,5 м (по пять отсчетов в срок наблюдений на каждом уровне);

— измерение скорости ветра на тех же уровнях;

— измерение температуры деятельной поверхности и температуры на глубинах 5, 10, 15, 20 см;

— наблюдение за направлением ветра, облачностью, состоянием деятельной поверхности, характером погоды.

Для расчета парциального давления водяного пара проводятся измерения атмосферного давления.

Если теплобалансовые наблюдения проводятся на обычных метеоплощадках, то для измерения радиационного баланса следует установить балансомер и актинометр согласно руководству [3]. Для измерения температуры и влажности воздуха и их градиентов (разностей) используются аспирационные психрометры, а для измерения скорости ветра и его разности – ручные анемометры МС‑13. Наблюдения над температурой почвы выполняются с помощью термометров ртутных ТМ-3 и коленчатых ТМ-5. Направление ветра определяется по флюгеру.

Психрометры устанавливают на кронштейнах специальных стоек в горизонтальном положении так, что резервуары их находились на уровнях 0,5 и 1,5 м над деятельной поверхностью.

На противоположных концах кронштейнов укрепляются ручные анемометры.

На поверхности почвы укладываются термометры ТМ-3 на специальной площадке. Резервуары термометров следует на половину погрузить в дерн или почву так, чтобы они имели с нею хороший контакт. Для этого термометры осторожно вдавливают в землю или плотно укладывают на дерн. Для определения температуры почвы на глубинах устанавливаются коленчатые термометры Савинова по правилам, описанным в наставлении [1].

Аспирационные психрометры всегда следует содержать в чистоте и сухом состоянии. Между сроками наблюдений они должны храниться в футлярах. Батист на резервуарах смоченных термометров должен быть чистым. Смена батиста производится согласно наставлению [1]. Ручные анемометры следует оберегать от загрязнения, толчков и ударов. В случае попадания на них капель дождя или снега необходимо фильтрованной бумагой осторожно снять капли с корпуса и особенно полушарий.

Над термометрами не должно быть растений, создающих тень, периодически они должны удаляться с места установки термометров.

Источник

Градиентные измерения

Задачи и методы градиентных измерений. Задача градиентных наблюдений — определение переноса в атмосфере некоторой физической субстанции (например, тепла, влаги, примесей). Вертикальные потоки в атмосфере могут измеряться двумя существенно различными методами: пульсационным и градиентным. Интенсивность турбулентных потоков тепла и влаги на гидрометеорологических станциях определяется двумя методами: методом теплового баланса и методом турбулентной диффузии. Метод теплового баланса является наиболее надежным и применяется в случаях, когда на станции измеряется величина радиационного баланса /2-4/.

Тепловой режим Земли (атмосферы) формируется в конечном счете под влиянием результирующего притока тепла. Формулы, с помощью которых определяется результирующий приток тепла, называют уравнениями теплового баланса.

Поглощенная деятельным слоем солнечная радиация (B,S,D) расходуется:

на тепло, отдаваемое атмосфере посредством турбулентного перемешивания (P).

на испарение воды с земной поверхности (LE). Если Е масса испарившейся воды, то затраты тепла на испарение равны LE, где L – удельная теплота парообразования;

на тепло, идущее в нижележащие слои гидросферы или литосферы (R).

Приравнивая радиационные потоки тепла сумме всех других затрат тепла, получим уравнение теплового баланса.

Уравнение теплового баланса имеет вид: B+P+R+LE=0.

Каждый из потоков тепла может быть направлен к подстилающей поверхности или от нее. Из всех 4-х составляющих теплового баланса непосредственно измеряется только В, остальные составляющие определяются по расчетным формулам по данным градиентных наблюдений за температурой, влажностью воздуха, скоростью ветра, температурой и влажностью воздуха на различных глубинах.

Расчет составляющих теплового баланса: турбулентного потока (Р), потоков тепла в верхних слоях почвы (R) и затрат тепла на испарение (LE) градиентным методом производится по формулам:

P= —kρcp,

где k- коэффициент турбулентности, ρ- плотность воздуха, cp – удельная теплоемкость при р=сonst, вертикальный градиент температуры воздуха.

LE = в,

где k- коэффициент турбулентности, ρ- плотность воздуха, в= 0.622,

вертикальный градиент влажности воздуха.

R= —kмρпочcп,

где kм— коэффициент температуропроводности почвы, ρпоч— плотность почвы, cp – удельная теплоемкость почвы, , вертикальный градиент температуры почвы.

Тепловой баланс у земной поверхности определяется:

Турбулентными и конвективными потоками в воздухе, возникающими в ходе тепло- и влагообмена нижнего слоя атмосферы с подстилающей поверхностью (P).

Потоками тепла в верхних слоях почвы (R).

Потоками тепла, связанными с фазовыми переходами воды (LE) .

Читайте также:  Измерение длины общей нормали зубчатого колеса инструмент

Лучистая энергия в атмосфере и на земной поверхности

Основным источником энергии почти для всех природных процессов, происходящих на поверхности земли и в атмосфере, является лучистая энергия, поступающая на Землю от Солнца. Энергия, поступающая к поверхности земли из глубинных ее слоев, выделяющаяся при радиоактивном распаде, приносимая космическими лучами, а также излучение, приходящее к Земле от звезд, ничтожно малы по сравнению с энергией;, поступающей на Землю от Солнца /2-4/.

Кроме лучистой энергии, т. е. электромагнитных волн, от Солнца приходят к Земле также различные потоки заряженных частиц, главным образом электронов и протонов, движущихся со скоростями в сотни и даже тысячи километров в секунду. Электромагнитные же волны распространяются со скоростью 300000 км/с. Длина этих волн составляет от 10 7 — 10 4 мкм (рентгеновские лучи и гамма-лучи) до нескольких километров (радиоволны). Основная часть энергии, излучаемой Солнцем и поступающей на Землю, представляет собой ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи, имеющие длины волн 0,1-30 мкм. Эта часть электромагнитного излучения Солнца и называется в метеорологии солнечной радиацией.

Потоки лучистой энергии в атмосфере.

Солнечная радиация, поступившая на верхнюю границу атмосферы, на своем пути до земной поверхности претерпевает ряд изменений, вызванных ее поглощением и рассеиванием в атмосфере. Радиация, поступающая от Солнца в атмосферу и затем на земную поверхность в виде пучка параллельных лучей, называется прямой. Значительная часть прямой радиации, пришедшей к верхней границе атмосферы, достигает земной поверхности.

Часть солнечной радиации рассеивается молекулами атмосферных газов и аэрозолями и поступает к земной поверхности в виде рассеянной радиации.

Часть солнечной радиации, отражающаяся от земной поверхности и атмосферы (в основном от облаков), называется отраженной радиацией.

Земля и атмосфера в соответствии с их температурой непрерывно излучают невидимую инфракрасную радиацию. Излучение Земли почти полностью поглощается атмосферой. Часть излучения атмосферы, направленная к Земле, называется встречным излучением атмосферы. Часть же атмосферного излучения, направленная вверх не прошедшая через всю толщу атмосферы, уходит в мировое пространство и называется уходящим излучением атмосферы. Земная, и атмосферная радиация, так же как и солнечная, частично поглощается и отражается атмосферой.

Все перечисленные потоки лучистой энергии отличаются друг от друга по спектральному составу, т. е. по длинам волн. В метеорологии принято рассматривать радиацию коротковоновую и длинноволновую. К коротковолновой относят радиацию с длинами волн от 0,1 до 4 мкм т. е. не только видимую, но и ближайшие к ней по длинам волн ультрафиолетовую и инфракрасную части спектра. Солнечная радиация в подавляющей своей части является коротковолновой. Радиацию земной поверхности и атмосферы, имеющую длины волн от 4 до 120 мкм, относят к длинноволновой.

Количественно лучистая энергия характеризуется потоком радиации. Поток радиации—это количество лучистой энергии, которое поступает в единицу времени на единицу поверхности. В СИ поток радиации выражается в Вт/м 2 . В метеорологии поток радиации до недавнего времени выражали в кал/ (мин см 2 ) (1 кал/ (мин см 2 ) = 0,698 кВт/м 2 ).

Количество прямой радиации S, приходящей в единицу вре­мени на единицу поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, называется плотностью потока прямой радиации.

Раздел метеорологии, изучающий солнечную, земную и атмосферную радиацию, называется актинометрией. Одна из основных задач актинометрии — измерение потоков лучистой энергии. При этом часто бывает необходимо знать положение солнца на небесном своде, которое характеризуется его координатами, например высотой, азимутом, склонением, часовым углом.

Источник

Наблюдения за градиентами температуры и влажности воздуха.

Если теплобалансовые наблюдения проводятся совместно с актинометрическими, то последовательность выполнения полной программы обоих видов наблюдений одним наблюдателем приведена в табл. ниже. Последовательность наблюдений разработана применительно к сроку 13 ч. Аналогична она и для других сроков. Моменты начала и окончания наблюдений при необходимости могут смещаться в пределах 10-15 минут.

Наблюдения за температурой и влажностью Воздуха выполняются последовательно по двум аспирационным психрометрам на уровнях 0,5 и 2 м в течение 14 мин. Наблюдение состоит в проведении пяти отсчётов показаний каждого термометра в соответствии с порядком, изложенным в табл. выше: в срок производится 20 отсчётов всех термометров. При этом учитывается следующее:

Психрометры выносятся из помещения и размещаются На стойках за 25-30 мин до первого отсчета;

-смачивание термометра, завод аспиратора и отсчет по термометрам производится сначала по нижнему (на уровне 0’5 м) и сразу же по верхнему (на уровне 2 м) психрометрам (желательно перейти от нижнего психрометр: к верхнему как можно быстрее);

-Первые отсчеты по термометрам проводятся через 3-4 мин после смачивания и завода аспиратора ;

Читайте также:  Измерение размера ноги приложение

-при непрерывной работе в течение 15-20 мин необходим подзавод психрометров через каждые 5 мин;

-после подзавода отсчеты показаний термометров производится через 2 8 мин;

при температуре воздуха выше 15°, относительной влажности менее 50% или скорости ветра более 5 м/с необходимо вторичное смачивание, которое производится после третьего отсчета; перед смачиванием нужно осторожно и плавно остановить аспиратор. пропуская в отверстие головки психрометра бумажную полоску или травинку.

Измерения упрощаются при наличии аспирационных психрометром с электромотором, так как исключается трудоемкий ручной завод аспираторов, а также появляется возможность быстрой остановки аспиратора перед дополнительным смачиванием путем выключения электропитания.

Особенности наблюдений за температурой и влажностью при температуре воздуха ниже 0° состоят в следующем:

число отсчетов по каждому термометру уменьшается до трех, а продолжительность серии наблюдений составляет 10 мин;

смачивание производится один раз, за 30 мин до наблюдений;

-отсчеты по смоченному термометру производятся только при температуре воздуха выше —1О°, а по сухому —до тех пор, пока их показания не выходят за нижний предел шкалы; для определения состояния воды на батисте (лед или незамерзшая вода) наблюдатель должен прикоснуться карандашом к батисту Только в конце серии наблюдений.

При высоте снежного покрова менее 30 см наблюдения проводятся в обычном порядке, необходимо лишь ежедневно отмечать высоту снежного покрова. При высоте снежного покрова до 40 см нижний психрометр следует соответственно поднять на 10 см и делать это в дальнейшем по мере повышения снежного покрова на каждые 10 см. При высоте снега, равной 70 см, необходимо изменить высоту установки как у нижнего, так и у верхнего психрометра, соблюдая между ними разность высот в 1 м. При таянии снежного покрова и уменьшении его высоты на каждые 10 см психрометры перемещаются на более низкие уровни с соблюдением вышеуказанных правил.

Градиентные наблюдения за температурой и влажностью воздуха с помощью аспирационных психрометров не проводятся в следующих случаях:
-при выпадении осадков (в том числе и при обильном отложении гидрометеоров), за исключением твердых осадков слабой интенсивности или редких отдельных капель слабого дождя не смачивающих заметно поверхность балансомера и поверхность почвы;

-при скорости ветра на уровне 10 м более 15 м/с;

-при метелях (за исключением низовых или поземка слабой интенсивности), пыльных или песчаных бурях (за исключением пыльного поземка слабой интенсивности).

В таких случаях используются показания сухого и смоченного термометров, расположенных в будках на уровне 2 м.

Приборы, использующиеся для проведения измерений:

Психрометры аспирационные предназначены для измерения температуры воздуха, и температуры «смоченного» термометра с целью последующего вычисления параметров влажности воздуха. Измеренные значения температуры воздуха и температуры «смоченного» термометра позволяют вычислить относительную влажность воздуха в диапазоне от 10 до 100 проц. при температуре от минус 10 до 50 град. С. 6.

ПОРЯДОК РАБОТЫ:

Порядок работы психрометра следующий:

1) при определении влажности на открытом воздухе вынести психрометр из помещения зимой за 30 мин., а летом за 15 мин. до момента отсчета и повесьте его в установленном месте на высоте 2 м от поверхности земли;

2) смочите батист на резервуаре термометра, это смачивание произведите за 4 мин. до начала наблюдений.

Для этого возьмите резиновый баллон с зажимом, — заранее наполненный дистиллированной водой, и легким нажимом доведите воду в пипетке не ближе, чем на 1 см до края, и удержите на этом уровне при помощи зажима. Затем введите пипетку во внутреннюю трубку защиты и смочите батист. Выждав некоторое время, не вынимая пипетки из трубки, разожмите зажим, вбирая воду в баллон и выньте пипетку;

3) заведите пружину заводного механизма психрометрам МВ-4-2М или включите электромотор психрометра М-34-М желательно, к стабилизированному источнику питания переменного тока;

4) через четыре минуты после пуска вентилятора или включения электромотора произведите отсчет по термометрам. Отсчет снимают с точностью до 0,25 цены деления шкалы, значения температуры округляют до 0,1 град Сив показания вводят поправки, взятые по паспорту термометров. У термометров каждое деление шкалы соответствует 0,2 град. С. Нечетные десятые доли градусов определяются на глаз.

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

Перед измерением скорости ветра записывают показания по трем шкалам. В измеряемом воздушном потоке анемометр устанавливают вертикально и через10 — 15 с одновременно включают арретиром механизм анемометра и секундомер. Экспонирование анемометра в воздушном потоке производят в течение одной или двух минут. По истечении этого времени механизм и секундомер выключают и записывают показания по шкалам анемометра и время экспозиции в секундах. Разность между конечным и начальным отсчетом делят на время экспозиции и определяют число делений шкалы, приходящихся на одну секунду

Читайте также:  Прибор для измерения состава продуктов

Градиентные наблюдения за 13.07.2018

График градиентных измерений за 13.07.2018 Анализ градиентных измерений за 13.07.2018:

В 10:36 температура от 0.2 до 0.5 м оставалась неизменной, на высоте от 0.5 до 1.0 температура слегка повысилась, а затем на высоте 2.0 м она понизилась, и почти достигла температуры на высотах 0.2 и 0.5м. Скорость ветра то понижалась, то возрастала, и была максимальна на высоте 0.5 м, и достигла минимального значения на высоте 0.2 м. В 13:15 температура шла по нормальному ходу и понижалась с высотой. Скорость ветра наоборот изменилась, на высоте 0.5 м значение скорости ветра было минимальным. Максимальное значение было на высоте 0.2 м. В 16:07 температура продолжала двигаться согласно нормальному закону и понижалась с высотой. Скорость ветра была минимальной на высоте 0.5 м и достигла максимального значения на высоте 2.0 м. Так как разность скоростей ветра ∆u была меньше 0.3, мы посчитали L,V,W и они были равны нулю. Для построения графика мы приняли разность скоростей ветра ∆u равной 0.3. Посчитали L,V,W и построили график. ∆e достигла максимального значения в 10:36, а минимального в 13:15. По графику можно заметить, что скорость испарения W напрямую зависит от затраты тепла на испарение V. Минимальное значение V и W было в 13:15, а максимальное в 16:09. Коэффициент турбулентности был минимален в 10:36, а максимальное значение было достигнуто в 16:09. Разность температур имела такой же ход как и коэффициент турбулентности , Минимальное значение ∆t было в 13:15, а максимальное в 16:09. Турбулентный поток тепла с утра до 4 часов дня повышался. По графику можно увидеть как L зависит от k и ∆t, и как L повышается в соответствии со значениями k и ∆t .

Дата добавления: 2018-09-20 ; просмотров: 427 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Экология СПРАВОЧНИК

Информация

Организация метеорологических наблюдений

Результаты наблюдений записываются в книжку. Производят шесть отсчетов показаний термометров психрометра с точностью до 0,1° С (три по сухому и три по смоченному); снимают показания анемометра (начальный и конечный отсчеты); определяют направление ветра (трижды); записывают состояние погоды и шифр в соответствии с табл. 3.3 (п. 3.2.2). Осредняют отсчеты сухого и смоченного термометров, вносят поправки и с помощью психрометрических таблиц определяют упругость водяного пара (мб) и относительную влажность (%); находят среднюю скорость ветра (с точностью до 0,1 м/с).[ . ]

На метеорологических станциях в период обследования организуются градиентные и актинометрические измерения. Градиентные наблюдения проводятся в соответствии с Руководством [2.14 1; если в городе имеется несколько метеостанций, то градиентные наблюдения проводятся на станции, расположенной за пределами города. Актинометрическпе наблюдения включают измерения интегральных потоков радиации [2.13] и спектральных характеристик. Дополнительно на одном из стационарных постов, расположенном в районе с более загрязненным воздухом, организуются (по сокращенной программе) актинометрические наблюдения. Пиранометр вместе с гальванометром (установленные на специальном столике высотой 1 м) выносится из павильона в южную сторону на расстояние 3—5 м (закрытость горизонта не должна превышать 5—10°). В момент отбора пробы, после второго отсчета по психрометру, последовательно делают три отсчета по гальванометру (отсчет—запись). На площадке метеостанции строго синхронно выполняются три отсчета по гальванометру при пиранометре.[ . ]

Спектральные актинометрические наблюдения проводятся на метеостанции при подфакельных наблюдениях и в некоторых пунктах города в соответствии с рекомендациями гл. 9.[ . ]

В программу микрометеорологических съемок входят: измерения разности температуры и влажности воздуха на уровнях 0,5 и 1,5 м, скорости ветра на высотах 0,5 и 2 м; определение направления ветра и состояния погоды. Для наблюдений используются аспирационные психрометры и анемометры [2.14]. Для установки анемометров необходимо иметь вторую стойку.[ . ]

Наблюдения на пунктах должны проводиться синхронно с наблюдениями на контрольном пункте (допускается сдвиг во времени не более 2 часов). При использовании автомашины для переездов один наблюдатель может обслужить последовательно 4 пункта за 2 ч (на проведение наблюдений, включая отбор проб, 20 мин и 10 мин на переезд).[ . ]

Дата—Пункт (№, адрес)—Количество облачности, баллы—Состояние поверхности почвы —.[ . ]

Источник