2. Отобрать пробы для определения плотности снежного покрова. Определить плотность снега.
3. Сделать выводы по работе.
Лабораторная работа № 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ДОЖДЯ ПУТЁМ РАСШИФРОВКИ ПЛЮВИОГРАММ
Цель работы: освоить приёмы обработки плювиограмм с целью нахождения параметров формулы интенсивности дождя.
Оборудование и материалы: плювиограмма, полученная в Лабораторная работа № 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ДОЖДЯ ПУТЁМ РАСШИФРОВКИ ПЛЮВИОГРАММ
Цель работы: освоить приёмы обработки плювиограмм с целью нахождения параметров формулы интенсивности дождя.
Оборудование и материалы: плювиограмма, полученная в Пояснения к работе
Осадки измеряются в миллиметрах слоя. Слой осадков Н, мм, выпавших за конкретный период, − это фиктивный слой воды, который образовался бы на поверхности земли, если бы отсутствовали процессы испарения, поверхностного стока и фильтрации в почву.
Интенсивность осадков i, мм/мин., принято характеризовать слоем осадков, выпавших за короткий период времени.
По характеру выпадения различают ливневые, обложные и моросящие осадки. Дождевые осадки относят к ливневым, если их интенсивность за период не менее чем 10 мин была не ниже 0,18 мм/мин.
Для непрерывной записи количества осадков используют дождемеры-плювиографы. Схематическое изображение дождемера приведено на рис. 13.
Рис. 13. Принципиальная схема устройства плювиографа:
1 − приёмный сосуд; 2−кожух прибора; 3 − водосливная труба;
4 − водосборный сосуд; 5 − поплавок; 6 – держатель; 7 – стрелка-
-перо; 8 – вращающийся барабан; 9 – сифон
Осадки, выпадающие в приёмный сосуд 1, попадают в измерительный цилиндр 4. Перо 7, укреплённое на штанге с поплавком 5, изображает плювиограмму на диаграммной ленте, которая закреплена на вращающемся барабане 8 с часовым механизмом (суточный оборот).
Когда измерительный сосуд заполняется водой, заряжается сифон 9, измерительный цилиндр опорожняется. При этом перо на диаграмме прочерчивает вниз почти вертикальную линию и продолжает запись.
На данной плювиограмме (рис. 14) видно, что дождь начался в 13.20 и закончился в 14.10, при этом за 50 минут выпал слой осадков толщиной
7,2 + 1,6 = 8,8 мм.
Интенсивность дождя i ср, мм/мин., определяется как отношение
.
По приведённой плювиограмме средняя интенсивность за период дождя (t = 50 мин.)
мм/мин.
Рис. 14. Плювиограмма
Интенсивность дождя можно пересчитать в единицы (л/с)∙га:
q = 166,7 ∙ i ср.
На наиболее крутых участках плювиограммы средняя интенсивность дождя за короткий промежуток времени имеет наибольшее значение.
Чем длиннее промежуток времени, тем меньше средняя интенсивность. Зависимость интенсивности дождя от промежутка времени ищем в виде
,
где А и n – климатические коэффициенты.
Задачей обработки плювиограммы является определение значений климатических коэффициентов А и n, а также получение дифференциальной кривой изменения интенсивности дождя от времени.
Порядок выполнения работы
1. Выражаем плювиограмму в виде таблицы с интервалом времени 5 мин.
Находим первые разности Δ Н. Выбираем наибольшую величину Δ Н, (л/с) ∙ га,
.
Затем находим наибольшую сумму двух соседних значений (1,2 и 1,6):
.
Наибольшая сумма трёх соседних значений
.
Полученные данные заносим в табл. 10.
Таблица 10
Результаты вычислений
| Время от начала дождя t, мин. | ||||||||||
| Слой осадка Нi, мм | 0,2 | 0,8 | 1,7 | 3,2 | 4,4 | 6,0 | 7,1 | 7,2 | 8,0 | - |
| Разность Δ Нi | 0,6 | 0,9 | 1,5 | 1,2 | 1,6 | 1,1 | 0,1 | 0,8 | 0,8 | - |
| Интенсивность q | 53,2 | 46,8 | 47,7 | 45,0 | 43,0 | 38,2 | 33,3 | 32,4 | 31,8 | - |
| x =∙ lg t | 0,7 | 1,0 | 1,176 | 1,301 | 1,398 | 1,477 | 1,544 | 1,602 | 1,653 | - |
| y = lg q | 1,726 | 1,67 | 1,678 | 1,652 | 1,622 | 1,582 | 1,522 | 1,510 | 1,502 | - |
2. Строим график зависимости между q и t в логарифмических координатах (рис. 15).
Рис. 15. Дифференциальная кривая изменения
интенсивности дождя от времени
Полученные точки следует спрямить, пользуясь методом наименьших квадратов.
Прологарифмировав зависимость 
, получим
.
Обозначив a = - n; b = lgA; lgt = x; lgq = y, получим y = ax +b.
Для N = 9; Σ х = 11,85; Σ y = 14,46; Σ х2 = 16,38;
Σ х ∙ y = 18,86,
= 0,23;
, или
.
Отсюда 
.
Проверка: для t =30 мин. 
(л/с)га.
Расхождение с величиной из табл. 8 q =38,3(л/с)га небольшое.
Задание
1. Представить плювиограмму в виде таблицы.
2. Определить климатические параметры n и А.
3. Построить график по точкам в координатах q и t.
4. Сделать выводы по работе.
Лабораторная работа № 7
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВЕТРА
Цель работы: ознакомиться с выполняемыми на метеостанциях наблюдениями по определению элементов ветра, с приборами, используемыми для измерения элементов ветра.
Приборы и оборудование: чашечный анемометр, крыльчатый анемометр, флюгер, секундомер, компас, шкала румбов.
Пояснения к работе
В метеорологии ветром называют горизонтальное перемещение воздушных масс. На метеорологических станциях измеряют скорость, направление и порывистость ветра. Под скоростью ветра понимается горизонтальная составляющая скорости воздушных потоков в атмосфере. За направление ветра принято считать то направление, откуда дует ветер. Направление ветра указывают в румбах или градусах. На практике пользуются преимущественно обозначением направления ветра в румбах (табл. 11).
Таблица 11
Обозначение направления ветра
| Обозначение румбов | Наименование | Расположение |
| С (N) | Северный |
|
| ССВ (NNЕ) | Северо-северо восточный | |
| СВ (NE) | Северо-восточный | |
| ВСВ (ENE) | Восточно-северо-восточный | |
| В (E) | Восточный | |
| ВЮВ (ESE) | Восточный юго-восточный | |
| ЮВ (SE) | Юго-восточный | |
| ЮЮВ (SSE) | Юго-юго-восточный | |
| Ю (S) | Южный | |
| ЮЮЗ (SSW) | Юго-юго-западный | |
| ЮЗ (SW) | Юго-западный | |
| ЗЮЗ (WSW) | Западный юго-западный | |
| З (W) | Западный | |
| ЗСЗ (WNW) | Западно-северо-западный | |
| СЗ (NW) | Северо-западный | |
| ССЗ (NNW) | Северо-северо-западный |
(С) N – норд (север); (Ю) S − зюйд (юг); (З) W − вест (запад);
(В) Е – ост (восток).
Описание приборов
Флюгер, предложенный в конце XIX века Вильдом, является одним из простейших приборов для проведения наблюдений по определению элементов ветра.
На нижней неподвижной трубе флюгера (рис. 16) укреплены штыри–указатели направления ветра 4. Штырь, обращённый на север, обозначен буквой «С» или «N». На верхней вращающейся трубе смонтированы флюгарка 3 с противовесом и указатель скорости ветра, состоящий из железной пла-
Рис. 16. Флюгер Вильда:
1 – доска приёмная скорости ветра; 2 – указатель скорости ветра; 3 – флогарка; 4 – указа-
тель направления ветра; 5 – столб
стины (доски) 1 и дуги со штырями 2, имеющими радиальное направление. Железная доска размером 13х30 см свободно вращается относительно горизонтальной оси, проходящей через верхнюю кромку доски, которая всегда располагается перпендикулярно направлению ветра.
Чаще всего для определения направления ветра пользуются флюгарками (рис. 17). Флюгарка представляет собой жёсткую несимметричную (относительно вертикальной оси) систему из пластин 1 и противовеса 2, свободно вращающуюся вокруг вертикальной оси 3. Под воздействием ветра флюгарка устанавливается в плоскость ветра противовесом навстречу ему.
Рис. 17. Флюгарка:
1 – металлические пластины; 2 − противовес; 3 − вертикальная ось
Для определения скорости ветра используют прибор, называемый анемометром; для измерения средней скорости направленного воздушного потока до 5 м/с − крыльчатый анемометр; для определения средней скорости ветра от 1 до 20 м/с − чашечный анемометр (рис. 18). Устройство его заключается в следующем. На металлической оси 3 закреплены на крестовине 2 четыре
Рис. 18. Чашечный анемометр:
1 – проволочная крестовина;
2 – крестовина; 3 –металлическая
ось; 4 – червяк; 5 – подвижное
колечко; 6 − винт с нарезкой;
7 – стрелки; 8 – кожух; 9 −цифер-
блат; 10 – ось
полушария, обращённые выпуклостью в одну сторону. Нижний конец оси имеет червяк 4, который при своём вращении приводит в движение систему зубчатых колёс, связанных с тремя стрелками циферблата 9. Верхний и нижний концы оси 10, на которой укреплены чашки, покоятся на подшипниках, изготовленных из твёрдого камня − агата. Все передаточные зубчатки закрыты кожухом 8 с циферблатом, на котором расположены стрелки 7, указывающие число оборотов чашек. Небольшая стрелка движется по циферблату, имеющему 100 делений. Две маленькие стрелки движутся по циферблату с надписями "сто" и тысяча", имеющими по 10 делений. При полном обороте большой стрелки маленькая стрелка на циферблате с надписью "сто" повернется на одно деление. Сбоку у кожуха выступает подвижное колечко 5, при помощи которого можно включить или выключить счётчик. Вверху чашки анемометра имеют защиту в виде проволочной крестовины 1. В нижней части прибора имеется винт 6 с нарезкой. Прибор укладывается в футляр и снабжается поверочным свидетельством
Порядок выполнения работы
Перед началом определения направления ветра флюгарка устанавливается строго вертикально на деревянном столбе или металлической мачте высотой 10 – 12 м от поверхности земли. От высоких предметов (зданий, деревьев) она должна быть отнесена на расстояние, равное 10-кратной высоте этих предметов.
Для того чтобы определить направление ветра по флюгарке, нужно: 1) подойти к основанию столба, на котором она установлена; 2) стать под указателем направления; 3) наблюдать за колебаниями флюгарки в течение 2 мин; 4) определить среднее положение флюгарки по отношению к указателям сторон горизонта.
Для измерения средней скорости ветра поступают следующим образом: 1) записывают показания всех стрелок (начальный отсчёт); 2) анемометр ввинчивают в деревянный шест длиной около 2 м; 3) устанавливают его строго вертикально; 4) наблюдатель становится лицом к ветру так, чтобы плоскость циферблата располагалась параллельно направлению ветра; 5) включают счётчик анемометра, поставив арретир в верхнее положение с помощью шнурка, и пускают в ход одновременно секундомер на определённый промежуток времени; 6) по истечении срока выключают прибор и секундомер и записывают конечный отсчёт. Данные по первому и второму опытам заносят в табл. 12.
