Программа микроклиматических наблюдений

Микроклиматические наблюдения

 

Для выявления воздействия характера подстилающей поверхности на режим метеоэлементов проводятся микроклиматические наблюдения. Микроклиматом обычно называют местные особенности климата, обусловленные неоднородностью строения подстилающей поверхности и существенно меняющиеся на небольших расстояниях. Подстилающая поверхность различается характером почв, растительного покрова, степенью увлажнения, абсолютной высотой и типом рельефа.

В программу микроклиматических наблюдений входит наблюдение за температурой и влажностью воздуха, температурой воды (для точки, находящейся у водоема), скоростью и направлением ветра, облачностью, атмосферными явлениями. Основными приборами на маршруте микроклиматических наблюдений являются:

· термометр пращ

· психрометр аспирационный Ассмана;

· анемометр ручной чашечный. Направление ветра на маршруте определяется с помощью вымпела легкой ленты длиной 0,5–0,8 м, укрепляемой на шесте. Лента отклоняется в сторону, противоположную направлению ветра (например, если лента отклоняется на юго-восток, значит ветер северо-западный; на север – ветер южный и т.д.);

· барометр анероид

Микроклиматические различия наиболее ярко проявляются в нижнем слое воздуха (высотой до 2,0 м) в условиях антициклональной солнечной погоды при слабом ветре. В дни с циклонической, облачной, ветреной погодой они сглаживаются, особенно это касается температуры и влажности воздуха.

Основная цель микроклиматических наблюдений состоит в том, чтобы за непродолжительное время получить возможно большее число сравнимых между собой данных для характерных участков местности.

Общее количество точек определяется в зависимости от разнообразия условий местности и наличия приборов. Желательно, чтобы число точек на маршруте было не менее 4–5 с максимально разнообразным рельефом, экспозицией склонов, характером растительности, расположением относительно водных объектов. Одна из них должна быть опорной (метеоплощадка).

Микроклиматический маршрут в зависимости от поставленной задачи может пересекать долину реки, ручья, побережье озера, луг, лес, болото и т.п.

 

В полевых условиях тем­пературу воздуха определя­ют при помощи термометра- праща. Этот ртут­ный термометр состоит из толстостенной капиллярной трубки, на которой нанесены деления через 0,5. К верх­нему суженному концу трубки прикрепляют шнур длиной около 0,5 м. На сво­бодном конце веревки де­лается петля, за которую держат термометр-пращ во время вращения. Термо- метр-пращ вращают над го­ловой в течение 1 мин, а затем, если день солнечный, поворачиваются спиной к солнцу, чтобы солнечные лучи не освещали термо­метр, и снимают его пока­зания. В этот момент необходимо смотреть так, чтобы мениск ртути в термометре стоял прямо против глаз. Если мениск будет ниже глаз, то мы запишем более высокую температуру, а если выше, то более низкую, чем в действительности.

Аспирационный психрометр (Ассмана) также состоит из двух термометров с де­лениями через 0,2°: левый — сухой и пра­вый-— смоченный. Правый термометр смачивается пипеткой. Оба термометра заключены в блестящие металлические трубки, которые отражают солнечные лучи. Эти трубки соеди­нены в одну общую, которая входит в особую вентиляционную камеру. В камере помещена пружина, соединенная с вентиля­тором, которую заводят ключом. Так как аспирационный пси­хрометр отражает лучи, его не нужно помещать в жалюзийную будку. Обычно его подвешивают на метеостанции к столбу со стороны дующего ветра, на прорезь надевают щиток. Это наи­более чувствительный психрометр, он широко применяется в полевых условиях.

Психрометрами станционным и аспирационным можно поль­зоваться только тогда, когда температура воздуха будет не ниже —5, —10 °С. Поэтому зимой влажность определя­ют по волосному гигрометру.

 

 

 

1 — сухой и 2 — смоченный термомет­ры; 3 — металлическая оправа; 4 и 5— двойные металлические трубки; 6 — центральная трубка; 7 — прорези в го­ловке аспиратора; 8 и 9 — эбонитовые кольца; 10 — баллончик пипетки; 11 — зажим; 12 — щиток; 13 — стержень

Скорость ветра определяют — руч­ным анемометром Фусса. Ручной анемо­метр состоит из крестовины на вращающейся стальной оси с полушариями (Робинзоновы полушария), обращенными в одну сторону, счетчика, арретира и установочного винта. Счетчик показывает число оборотов полушарий. Имея сертификат, мож­но определить скорость ветра (м/сек). Подробно об этом будет сказано ниже.

Для определения преобладающих направлений ветра за оп­ределенный период времени полезно начертить розу ветров (рис. 27). Для этого нужно из одной точки соответственно сто­ронам горизонта провести восемь основных направлений, т. е. румбов. На каждом румбе в определенном масштабе отложить повторяемость ветра, тогда хорошо будет видно направление господствующих ветров.

 

Ручной анемометр Фусса: 1 — арретир; 2 — установочный винт

 

 

Для измерения давления в полевых условиях используют барометр-анероид. Внутри корпуса этого прибора находится латунная коробочка с волнообразной поверхностью. Воздух из нее выкачан. Атмосферное давление, пытающееся сплющить коробочку, уравновешивается плоской пружиной, один конец ее прикреплен ко дну корпуса, а другой упирается в стоечку, которая соединена с поверхностью коробочки. Один рычаг прикреплен к верхнему краю пружины и соединен с другим рычагом, коленчатым, который вращается на шарнире. К этому рычагу прикреплена цепочка, охватываю­щая цилиндр. Цепочку в натянутом положении удерживает спи­ральная пружина, надетая на цилиндр. Цилиндр вращается вокруг вертикальной оси, на нем укреплена стрелка, движущая­ся по шкале анероида, по которой производят отсчет. Волнооб­разная крышка от изменения давления атмосферы то опуска­ется, то поднимается; это колебательное движение передается посредством рычагов цилиндру, который вращает укрепленную на нем стрелку. При увеличении давления атмосферы стрелка идет направо, а при уменьшении давления — налево. Цена де­ления шкалы 0,5 ммрт.ст. Термометр анероида, называемый термометр-атташе, показывает температуру самого анероида. Деления шкалы проведены через 1°. Отсчет берется спустя минут 5—10 после прихода на метеороло­гическую станцию, вначале надо слегка постучать по анероиду, чтобы преодолеть инерцию механизма, а затем уже снимать показания. Отсчеты берут с точностью до десятых долей деле­ния.

 

 

 

Барометр-анероид

 

Программа микроклиматических наблюдений

1. Номер пункта наблюдения или номер станции микрокли­матических наблюдений.

2 Название пункта наблюдения, например: над уровнем во­ды в реке, озере и т. д., на пойме, на первой надпойменной тер­расе, на водоразделе, в лесу и т. д., на расстоянии 150 м к западу от д. Красное. Высоту (относительную) места наблюдения мож­но определить при помощи барометрической нивелировки.

3. Время наблюдений (указать с точностью до 1мин. ).

4. Температура воздуха на высоте 1,5 м определяется по термометру-пращу. Термометр-пращ нужно вращать над голо­вой 1—2 мин, затем снять показания (при этом, если день сол­нечный, надо повернуться спиной к солнцу, чтобы солнечные лучи в момент снятия показания термометра не освещали его).

Температуру нужно определять с точностью до 0,1°С. Натка­ло термометра имеются деления по 0,5 °С, а потому если мениск ртути будет стоять в промежутке между делениями, то, интер­полируя, мы можем узнать температуру с точностью до 0,1 “С.

Например, мениск находится между 24,5 и 25,0 °С, но ближе к 24,5°С, следовательно, запишем температуру 24,7 °С. Истин­ную температуру воздуха определяют при камеральной обработке.

Температуру воздуха на высоте 10 см нужно определить психрометрическим, или срочным, термометром.

5.Давление воздуха определяется по анероиду с точностью до 0,1 ммрт.ст. Придя на данный пункт, нужно отстегнуть крышку футляра анероида, положить анероид на землю или держать в руках на высоте 1 м от поверхности земли, подо­ждать 3- 5 мин, пока он примет соответствующее показание. Затем слегка постучать пальцем по стеклу анероида, убедиться, что анероид воспринял соответствующее высоте давление и стрелка установилась. Во время отсчета следует смотреть против стрелки и путем интерполирования определить давле­ние с вышеуказанной точностью.

Необходимо определить температуру анероида для последу­ющего определения истинного давления по термометру-атташе.

6. Влажность воздуха определяетс по аспирационному психрометру. Для этого нужно снять показания сухого и смочен­ного термометров. Термометр предварительно (за 5 мин до наблюдения) смочить из пипетки, затем завести вентилятор, подождать 4—5 мин и производить отсчет температур.

7. Облачность в баллах. Под облачностью понимают отно­шение площади участков небесного свода, покрытой облаками, к площади участков чистого неба. Определяют облачность на глаз по десятибалльной системе: чистое небо — 0 баллов, 1/10 неба по­крыта облаками—1 балл, 2/10 —2 балла, 3/10 — 3 балла, 4/10— 4 балла, 5/10, т. е. 1/2 покрыта облаками,— 5 баллов и т. д., все небо покрыто облаками— 10 баллов.

8. Формы облаков и их распределение по высоте. Для опре­деления формы облаков и их распределения по высоте используют специальную таблицу.

9. Осадки. При полевых наблюдениях можно только указать на характер выпадения осадков; их делят на три типа: а) моро­сящие (морось), б) обложные, в) ливневые.

10. Направление ветра. Для определения направления вет­ра принято 16 румбов и нужны компас и пере­носная рейка с подвязанной к одному концу ленточкой (дли­ной 0,5 м).

11. Скорость ветра определяется как на высоте 1,5 м, так и на высоте 10 см. Для определения скорости ветра по анемо­метру Фусса нужно сделать отсчет до включения счетчика; за­тем, держа анемометр Фусса на высоте 1,5 м от поверхности земли, засечь время, одновременно включив арретиром счетчик; спустя 60 сек опять включить арретиром счетчик и опять произвести отсчет по счетчику. Затем записать оба пока­зания, а также время, в течение которого определялась скорость ветра. То же проделать на высоте 10 см от поверхности земли. При снятии показания по счетчику анемометра Фусса нуж­но брать меньшую цифру шкалы; например, стрелка, указы­вающая тысячи оборотов, стоит между 4000 и 5000 — нужно брать меньшую цифру, т. е. 4000, так как до 5000 стрелка еще не дошла; стрелка, указывающая сотни оборотов, стоит, напри­мер, между 700 и 800 — нужно брать тоже меньшую цифру, т. е. 700. Наконец, большая стрелка стоит, например, на 20 — берем цифру 20 и получаем окончательную цифру 4720, т. е. 4720 оборотов.

12. Прозрачность атмосферы. Прозрачность воздуха можно определить по 9-балльной шкале видимости. Для определения видимости выбирают объекты, находящиеся на расстоянии 50, 200, 500 м; 1, 2, 4, 10, 20 и 50 км. Например, виден телеграф­ный столб, находящийся от нас на расстоянии 200 м, а дальше расположенные предметы из-за тумана не видны; следователь­но, видимость 1 балл. Приведем другой пример. Деревня, на­ходящаяся от нас на расстоянии 5 км, видна, а далее располо­женные предметы не видны; следовательно, видимость 6 бал­лов и т. д.

13. Воздушные массы. На основании температуры, прозрач­ности воздуха, цвета зари (он зависит от количества водяных паров в воздухе: чем их больше, тем цвет зари бывает более красным), облачности, формы облаков, характера осадков мож­но определить воздушные массы, находящиеся над данной тер­риторией.

Результаты наблюдений оформляем в виде таблиц, фор­мы которых даны.

 

ОБРАБОТКА

МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

 

Определение истинной температуры воздуха. Для ее опре­деления нужно сделать поправку на точность показаний тер­мометра. У каждого термометра есть сертификат (табличка), по которому и делается поправка.

Определение истинного давления воздуха. Для его опреде­ления необходимо вносить поправки. У каждого анероида есть сертификат, по которому видно, какие поправки необходимо сделать.

Определение истинного давления воздуха, приведенного к уровню моря. Для приведения истинного давления к давлению на уровне моря, т. е. к высоте 0 м, нужно знать абсолютную высоту того места, от которого делается определение всех от­носительных высот, и величину барометрической ступени.

 

Давление атмосферы (мм. pm. cm.)	Барометри­ческая ступень (м)	Давление атмосферы (мм. pm. cm.)	Баромет­ рическая ступень (.и)	Давление атмосферы (мм. pm. cm.)	Барометри­ ческая ступень (м)
762—750	10,6	650—625	12,6	525—500	15,6
750—725	10,8	625—600	13,0	500—475	16,4
725—700	11,2	600—575	13,6	475—450	17,2
700—675	11,6	575-—550	14,4	450—425	18,3
675—650	12,1	550—525	15,0	425—400	19,4

 

Определение абсолютной и относительной влажности. На основании снятых показаний сухого и смоченного термометров надо определить абсолютную и относительную влажность и дефицит влажности, для этого используют психро­метрические таблицы.

 

Определение дефицита влажности. Для определения дефи­цита влажности Д нужно знать абсолютную влажность е и максимальную упругость водяных паров Е; тогда по формуле Д = Е—е узнаем, чему равен дефицит влажности.

Обработка наблюдений облачности, формы облаков и ха­рактера осадков. Следует систематизировать материалы на­блюдений за облачностью, формой облаков и характером осадков. Если во время наблюдений за формой облаков были сделаны фотографии облаков, необходимо их приложить к описанию наблюдений над всеми микроклиматическими элементами; начертить диа­грамму облачности.

Обработка наблюдений по определению направления вет­ра. Выписывая направление ветра (по той же стороне горизон­та, откуда ветер дует), следует обратить внимание на то, ка­кое влияние оказали микроформы рельефа (долина, балка, овраг и др.) на изменение направления ветра.

Определение названия, скорости и силы ветра. Пользуясь сертификатом анемометра, можно вычислить скорость ветра. Сертификат ручного анемометра Фусса имеет следующий вид:

 

Чигло делений (в 1 сек)	Скорость ветра (м/сек)	Число делений (в 1 сек)	Скорость ветра (м/сек)
	1,4		11.6
	2,5		12,6
	3,5		13,5
	4,5		14,5
	5,5		15,4
	6,5		16,4
	7,5		17,4
	8,5		18,4
	9,5		19,4
	10,5		20,4

Приведем пример вычисления. Первый отсчет анемометра (до включения счетчика) 4720, второй отсчет (после включения счетчика) 5220; разность равна 500 делений (5220—4720).

Продолжительность работы с включенным счетчиком 100 сек. Число делений в 1 сек равно 500: 100 = 5. Смотрим в сертификат: там против 5 делений в 1 сек указана скорость ветра 5,5 м/сек.

Для того чтобы узнать силу ветра в баллах и его название, смотрим на шкалу Бофорта и видим, что ветер со скоростью 5,5 м/сек имеет силу в 3 балла и назы­вается слабым ветром.

 

Особые атмосферные явления. Выписать особые атмосфер­ные явления.

Атмосферное явление	Условный знак	Краткое описание
Осадки
Обложной дождь	·	Выпадает в виде капель различного размера. Отдельные капли на сухой доске оставляют след в виде мокрого пятна; попадая в воду, всегда оставляют след в виде расходящегося круга
Ливневый дождь		Дождь, отличающийся внезапным началом и резким нарастанием интенсивности. Ливневый дождь в некоторых случаях сопровождается грозой
Град	▲	Выпадает в виде кусочков разнообразных форм и размеров, чаще всего диаметром около 5 мм. Ядра градин обычно непрозрачны
Морось	,	Выпадает в виде очень мелких капелек. Падение их почти незаметно для глаза: они взвешены в воздухе и участвуют даже в слабом его движении. Капли мороси оседают, поэтому поверхность сухой доски намокает медленно и равномерно
Роса	∩	Капельки воды, выделяющиеся на поверхности земли, на растениях и предметах в результате соприкосновения влажного воздуха с более холодной с поверхностью при температуре выше 0
Туманы
Туман	º	Наличие в воздухе очень мелких, не различимых глазом капелек воды. Небо не просвечивает. Видимость менее 1000 м
Дымка	=	Слабое помутнение атмосферы, вызываемое присутствием мельчайших капелек воды. Горизонтальная видимость 1000 м и более, но менее 10 км
Электрические явления
Гроза	↯	Электрические разряды в атмосфере, проявляющиеся в виде молнии, сопровождаемой громом
Зарница	(↯)	Отдаленная молния без грома
Оптические явления
Радуга	Ç	Цветная радуга наблюдается на фоне завесы дождя в стороне, противоположной солнцу
Гало (круг вокруг солнца)	Å	Светлые круги радиусом 22 и 46, центры которых совпадают с центром солнца. Они могут быть окрашены в радужные цвета (красный внутри)
Различные явления
Шквал	⇝	Внезапное резкое и непродолжительное (в течение нескольких минут) усиление ветра

 

Анализ микроклиматических наблюдений и выводы. В ре­зультате обработки наблюдений следует выяснить влияние микрорельефа, а также характера подстилающей поверхности на температуру воздуха, его влажность, направление и ско­рость ветра. Проводится сравнительный анализ результатов измерений, на выбранных точках для выявления микроклиматических различий участков местности. Выполняются сопряженные графики изменения температуры, относительной влажности воздуха, скорости ветра на разных точках. Поскольку все измерения велись на высоте 10 и 150 см от подстилающей поверхности, можно проследить, как изменяется температура и влажность воздуха, скорость ветра с высотой. Требуется выяснить основные микроклиматические особенности долины реки, озера, болота, водораздела и т. д.

Предсказание погоды. Послеанализа микроклиматических наблюденийи данных с метеоплощадки нужно предсказывать погоду на ближайшее время (сутки). Такие предсказания по мест­ным признакам можно делать за 6—12 ч вперед с достаточной точностью. По степени влажности воздуха, пользуясь показаниями сухого и омоченного термометров, попробуйте предсказать заморозки. Чем суше воздух, т. е. чем больше разница в показаниях сухого и смоченного термомет­ров у психрометра, тем больше опасность появления замороз­ков. Для предсказания заморозков следует воспользоваться таблицей Каппелера