Приборы для измерения осадков
Основные термины и понятия
Осадками называют воду, выпадающую в жидком или твердом виде на поверхность земли и наземные предметы из облаков и из воздуха вследствие конденсации и сублимации содержащегося в нем водяного пара.
Разделяют жидкие осадки – дождь, росу и твердые – снег, град, снежную крупу, гололед, иней.
Осадки измеряют количественно толщиной слоя воды в миллилитрах, который образовался бы на горизонтальной поверхности от выпавших осадков при отсутствии просачивания в землю, стекания и их испарения.
Осадкомер Третьякова (рисунок 5.1) применяется для измерения жидких и твердых осадков.
Осадкомер конструкции В. Д. Третьякова состоит из сосуда с приёмной площадью 200 см² и высотой 40 см, куда собираются осадки, а также специальной защиты, предотвращающей выдувание из него осадков.
Установка осадкомера производится на метеорологической площадке на деревянном столбе так, чтобы приемная поверхность ведра находилась на высоте 2 м от поверхности земли.
Измерение количества собранных осадков производятся четыре раза в сутки и вычисляется для суток (как сумма всех осадков).
Если количество осадков меньше одного деления стакана, то количество осадков считают равным нулю, если больше 100 делений, измерения производят частями, а затем суммируют все измерения. К результатам измерения вводят поправки: для твердых осадков, выпавших количестве более 0,5 мм поправка +0,1 мм; для жидких до 0,5 мм поправка +0,1 мм; и для более 0,5 мм поправка +0,2 мм.
Рисунок 5.1 — Осадкомер Третьякова
Осадкомер суммарный М – 70 (рисунок 5.2) — применяется для учета осадков, выпавших вдали от метеорологической станции в труднодоступных местах. Срок измерения осадков до 12 месяцев.
Рисунок 5.2 – Суммарный осадкомер М -70
Суммарный осадкомер состоит из приемной части (труба с внутренним диаметром 252,2 мм) с приемным отверстием S = 500 см 2 , которая скреплена с сосудом для сбора осадков, вверху к приемной части прикрепляется планочная ветровая защита.
Сосуд состоит из 2 соединяющихся между собой частей: верхней съемной и нижней конусообразной. Верхняя часть сосуда имеет окно, плотно закрывающееся задвижкой. Окно служит для выемки осадков.
Для предохранения осадков от испарения в осадкомер наливают немного минерального масла, которое всплывает на поверхность воды.
Измерение осадков производят после подогрева нижней части сборного сосуда (для растворения твердых осадков). Открыв задвижку окна с помощью резинового шланга (сифона) осадки переливают в запасной сосуд и измеряют с помощью измерительного стакана.
Плювиограф (рисунок 5.3) — прибор для регистрации количества, продолжительности и интенсивности осадков. Который состоит из приёмного цилиндрического сосуда с площадью 500 см 2 . Жидкие осадки, стекая из сосуда через сливную трубку в водосборную камеру, вызывают перемещение поплавка, соединённого со стрелкой. Когда камера заполняется водой, поплавок всплывает и включает механизм , который обеспечивает принудительный слив воды через сифон в ведро . Запись выпавших осадков осуществляется на специальной ленте, закрепленной на барабане , который приводится во вращение часовым механизмом.
Интенсивность выпадения осадков определяется по формуле:
Осадки и приборы для их измерения
Атмосферные осадки – это вода выпадающая на поверхность земли и наземные предметы из облаков и осаждающаяся из воздуха в результате конденсации находящегося в нем водяного пара (роса, иней, изморозь и др.).
Осадки – основной источник почвенной влаги, а через нее и растений. При их отсутствии снижается урожай. Однако неблагоприятно для растений и большое количество осадков. Оно может сопровождаться вымочкой посевов. Продолжительные дожди в период цветения ухудшают оплодотворение, в период созревания – затрудняют уборку.
Осадки могут быть: твердыми (снег, град, снежная крупа, иней), жидкими (дождь), смешанными (снег с дождем, мокрый снег).
Их количество измеряется толщиной слоя воды в мм, который образуется на горизонтальной поверхности в отсутствии просачивания, стекания и испарения.
1 мм осадков = 10 м 3 /га = 10 т воды на 1 га.
Интенсивность осадков измеряют в миллиметрах в минуту (мм/мин) или в час (мм/ч), продолжительность – в часах или минутах от начала до окончания их выпадения. В зависимости от интенсивности и продолжительности различают несколько категорий осадков, (табл. 5.1).
Таблица 5.1 – Категории осадков в зависимости от их интенсивности и продолжительности
| Название | Продолжительность выпадения, часов | ||
| Количество осадков, мм | |||
| Слабый дождь | 58,1 | >64,1 | >72,1 |
В зимнее время наблюдения ведутся за состоянием снежного покрова. Определяются степень покрытия, характер его залегания, высота, плотность, наличие и толщина ледяной корки, состояние почвы. Высота снежного покрова измеряется мерной рейкой, плотность – снегомером. По углублению в снег (см) и площади (см 2 ) снегомера определяется объем (см 3 ), взвешиванием – масса (г). Плотность снега рассчитывается по формуле:
где D – плотность снега г/см 3 ,
h – высота снежного покрова в снегомере, см.
По плотности, определенной снегомером, и высоте снежного покрова по мерной рейке рассчитывается запас воды:
Z = dh, см = 10dh, мм = 100dh, м 3 /га или т/га.
Приборы для измерения осадков.
Количество осадков измеряется осадкомерами и дождемерами, а по времени – плювиографом.
Осадкомер Третьякова 0-1 (рис. 5.1) состоит из двух сменных ведер (3) высотой 40 см, площадью приемной поверхности 200 см 2 . Для уменьшения испарения осадков из ведра в летнее время при помощи диафрагмы (2) отверстие закрывается воронкой (1). Ведро осадкомера устанавливается в таган, закрепленный неподвижно на подставке (7).
Влияния ветра на количество осадков, попавших в ведро, уменьшается ветровым щитком (6), состоящим из 16трапециевидных планок. Планки расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и соединены между собой внизу и вверху цепочками.
Измерение количества жидких осадков производится измерительным стаканом (9), который представляет собой мензурку с делениями. Одно деление стакана по объему соответствует 2 см 3 ; при площади приемной поверхности 200 см 2 одно деление соответствует 0,1 мм жидких осадков.
Осадкомер устанавливается на открытом месте в удалении от окружающих предметов. Таган укрепляется на металлической подставке так, чтобы верхний край ведра находился на высоте 2 м от поверхности земли.
Во время измерений ведра меняются (четыре раза в сутки). Количество твердых осадков определяется после того, как они полностью растают, ведро при таянии снега в нем в теплом помещении закрыто крышкой. Если осадков более 100 делений стакана, то измерение проводится в несколько приемов.
Рисунок 5.1 – Осадкомер Третьякова 0-1 (по А.П. Лосеву, 1994)
К результатам измерений вводят поправку на смачивание ведра. Для осадков, количество которых меньше половины высоты стакана, поправка составляет +0,1 мм, а для осадков больше половины высоты стакана поправка равна +0,2 мм.
Дождемер полевой М-99 (рис. 5.2) применяется для измерения жидких осадков в полевых условиях. Это стеклянный мерный стакан высотой 34 см с расширенной верхней частью (2), являющейся приемником осадков. Площадь приемной поверхности 30 см 2 . На мерном стакане дождемера нанесены деления в миллиметрах слоя воды. Для уменьшения испарения в стакан вставляется воронка (3).
Плювиограф П-2 (рис. 5.3), или дождеписец, служит для непрерывной регистрации количества и интенсивности дождя. При помощи этого прибора может быть измерено общее количество осадков, выпавших за определенное время, и их интенсивность в мм/мин.
Плювиограф состоит из дождемерного сосуда (1) с приемной площадью 500 см 2 . Осадки из ведра поступают в сосуд (3), внутри которого имеется металлический поплавок (4) с выступающей осью (5) и стрелкой (6), заканчивающейся пером. Сбоку сосуда (3) имеется трубка с сифоном (8). Рядом с сосудом (3) укреплен на оси барабан (9) с часовым механизмом.
Рисунок 5.2 – Дождемер полевой М-99 (по М.Д. Павловой, 1974)
На барабане крепится бумажная лента – плювнограмма. Горизонтальные линии на ней соответствуют количеству осадков, вертикальные – соответствуют времени. Горизонтали проведены через 0,2 мм, а вертикали – через 10 минут.
Рисунок 5.4 – Плювиограф П-2 (по М.Д. Павловой, 1974)
При жидких осадках поплавок 4 сосуда 3 начинает подниматься, а перо, связанное с осью поплавка, писать на ленте кривую. Как только осадки заполнят сосуд 3, вода через сифон 8 выливается в ведро 10. На ленте в этот момент чертится вертикальная линия.
Высота снежного покрова,как уже отмечалось, определяется снегомерной рейкой. Определение высоты на ней осуществляется с одного и того же места на расстоянии 5-6 шагов от нее. Высота снега измеряется в сантиметрах.
Высота снежного покрова при маршрутных съемках определяется переносной снегомерной рейкой М-104. Это деревянный брусок, длиной 180 см, шириной и толщиной 4 см, с заостренным нижним концом.
Походный весовой снегомер ВС-43 (рис. 5.5) состоит из металлического цилиндра (9) высотой 60 см, площадью 50 см 2 . Для измерения высоты снежного покрова на цилиндр нанесена шкала в сантиметрах. Нулевое деление шкалы совпадает с нижней частью режущей кромки. Вдоль цилиндра свободно перемещается кольцо (8) с дужкой (6), за которую подвешивают цилиндр (снегозаборник) к весам.
Рисунок 5.5 – Походный весовой снегомер ВС-43 (по А.П. Лосеву, 1994)
Весы снегомера состоят из рейки (10 со шкалой (цена деления 5 г). Цифры стоят около каждого десятого деления и означают десятки от 0 до 30. На рейке укреплены две призмы. Одна служит опорой для крючка (5), на который подвешивают цилиндр, а на вторую надевается подвес (4) с кольцом, за которое держат весы при взвешивании.
Для уравновешивания весов служит передвижной груз (2) с круглым отверстием. Для отсчета по шкале на нижней стороне отверстия нанесена риска.
1. В течение 10 минут выпало 4 мм осадков. Сколько воды выпало на 1 га?
2. В результате сильного ливня выпало 30,5 мм за 10 минут. Сколько воды выпало за 1 минуту на 1 га?
3. В январе выпало 7,4 мм осадков, феврале – 5,7, марте – 10, апреле – 15,7, мае – 17,5, июне – 33,5, июле – 40, августе – 30, сентябре – 28, октябре – 60, ноябре – 8,9 декабре – 17 мм. Определит годовое количество осадков и долю каждого месяца в общем количестве.
4. Масса взятой пробы снега 24 г, высота – 12 см. Сколько воды на 1 га при высоте снежного покрова 50 см?
5. Свежевыпавший снег с плотность 0,04 г/см 3 , к весне уплотнился до 0,7 г/см 3 . Сколько воды в снеге высотой 40 см в первом и втором случаях.
1.Дайте определение осадков, назовите их фазовые состояния.
2.В каких единицах измеряются осадки?
3.Как рассчитать интенсивность осадков?
4.Назовите приборы для измерения количества осадков.
5. Как определить запас воды на 1 га, если известно количество осадков, выраженное в миллиметрах?
6. Какое значение имеют осадки для сельскохозяйственного производства?
7. Какое значение имеет снежный покров в сельскохозяйственном производстве?
8. Какими величинами характеризуется снежный покров?
9. Как устроен весовой снегомер?
10. Как по показаниям снегомера определить высоту слоя воды в мм и запасы в м 3 /га?
Что такое осадкомер и для чего он нужен?
Прибор, при помощи которого измеряют уровень атмосферных осадков, называется осадкомер. Разновидности осадкомера – плювиограф и дождемер.
Осадкомер позволяет измерять уровень как жидких осадков (дождь), так и твердых (град и снег). Эти измерительные приборы появились в распоряжении отечественных специалистов не так давно – в 70-е годы прошлого века. В качестве эталона осадкомерного прибора принят осадкомер с двойной заборной защитой – как стандарт его утвердила Всемирная Метрологическая Организация.
Конструкция и использование осадкомера
Прибор состоит из дождемерного ведра, установленного на столбе (тагане), огражденного ветрозащитой, и дождемерных стаканов, предназначенных для измерения уровня выпавших осадков. Осадкомер без ветрозащиты или с упрощенной защитой называют дождемером. Ветрозащита – это железные листы, закрепленные в виде воронки.
Осадкомеры устанавливают на метеостанциях на ровных площадках, на расстоянии не меньше двух метров от земли. Во избежание выдувания осадков из мерного ведра прибор нужно устанавливать предельно внимательно. Оптимальный вариант – площадка в окружении зданий или деревьев, которые будут препятствовать ветру. При этом пространство между осадкомером и окружающими зданиями должно быть не меньше двойной высоты этих строений.
Уровень выпавших осадков измеряют не реже двух раз в сутки, утром и вечером. Если идет сильный дождь, показания снимают еще и днем. Чтобы замерять уровень осадков, мерное ведро снимают со столба, накрывая крышкой (на его место ставят сменное), а носок прикрывая колпачком.
В помещении содержимое ведра через колпачок выливают в измерительный стакан. В теплое время года, в отсутствие дождя, замеры можно проводить и на открытом воздухе, рядом с осадкомером. Если выпал град или снег, ведро вносят в помещение, ждут, пока содержимое растает, и затем проводят измерения.
Как измеряют количество осадков?
Объем выпавших осадков выражают в миллиметрах слоя воды, который образовался бы при условии, что осадки не испаряются, не стекают и не просачиваются в почву. Количество осадков в миллиметрах равно количеству килограммов воды, вылившейся на площадку в 1 квадратный метр, то есть 1 мм = 1 кг/1 м 2 .
Если уровень осадков 15-49 мм за 12 часов, дождь считается сильным. Категория «очень сильный» – это уровень осадков свыше 50 мм за то же время. Для снега термин «сильный» употребляется в случае, когда уровень осадков равен 7-19 мм за 12 часов, «очень сильный» – при выпадении более 20 мм за то же время. Также при измерении учитывается видимость.
Например, сильный снегопад – это ситуация, когда видимость не превышает 500 метров, сильный дождь – видимость не более километра. Имеется в виду метрологическая дальность видимости.
Виды осадкомеров
Помимо описанного выше механического прибора, существует еще ряд разновидностей осадкомеров. Автоматический работает по принципу весов и представляет собой целый блок приборов, позволяющий вести измерения беспрерывно в автономном режиме. Такое оборудование также называют плювиографом.
Управлять прибором можно дистанционно. Весовые снегомеры умеют измерять длину столбика пробы снега и ее массу, определяя плотность снежного покрова. Испаромером фиксируют как количество выпавших осадков, так и объем испарений с почвы и воды (испаромер-осадкомер).
По принципу действия известны также модели осадкомеров, измеряющих не вес собранных осадков, а их давление на дно сосуда, и так называемое «челночное» оборудование. Повышенной точностью отличаются камерные осадкомеры. Выбор осадкомера зависит от условий выпадения осадков, то есть от конкретной климатической зоны. Для районов с преобладанием кратковременных дождей и районов с продолжительными затяжными осадками метеорологи выбирают разные типы оборудования.
Для чего нужны осадкомеры?
При помощи этих устройств метеорологи могут проводить мониторинг погоды, давая свои рекомендации по подготовке к затяжным ливням или граду. Например, в Санкт-Петербурге установили целую систему осадкомеров, фиксирующих интенсивность дождя и снега в разных районах.
Все приборы подключены к единому серверу, полученные данные обрабатываются специальной программой. Это помогает избежать переполнения ливневых канализаций, заранее подготовить насосы для откачки воды в нужных районах, направить снегоуборочную технику туда, где она в данный момент нужнее всего.