Измерение характеристик ветра

 

Ветер – это горизонтальное перемещение потока воздуха параллельно земной поверхности, возникающее в результате неравномерного распределения тепла и атмосферного давления, направленное из зоны высокого давления в зону низкого давления.

Ветер характеризуется скоростью (силой) и направлением. Направление определяется сторонами горизонта, откуда он дует, и измеряется в градусах. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду и километрах в час. Сила ветра измеряется в баллах. 

При наблюдениях на метеорологических станциях под ветром понимают только горизонтальную составляющую вектора скорости ветра, а при определении средних значений усредняют отдельно скорость и направление.

Выполнение значений характеристик ветра по прибору М-63 М-1 и его модификации М-63М-1М осуществляют в определенной последовательности [4].

 

Актинометрические наблюдения

Основные положения

Актинометрические наблюдения на гидрометеорологических станциях используются с целью получения данных о радиационном режиме, необходимом для научных целей и практического использования в различных отраслях народного хозяйства.

Радиационный режим земной поверхности создается лучистой энергией, приходящей к земной поверхности и уходящей от нее. Основным источником лучистой энергии для Земли является солнце.

Слой земной поверхности, в котором происходит поглощение радиации, называется деятельным слоем.

Прямая солнечная радиация – это радиация, поступающая к земной поверхности непосредственно от солнца и околосолнечной зоны радиусом 5°. Прямая радиация, приходящая на горизонтальную поверхность (обозначается S'), и не измеряется, а вычисляется по формуле:

                                              S'= S·sinh                                                               (1)

Где: h - высота солнца над горизонтом.

S' – поток прямой солнечной радиации, поступающий на горизонтальную поверхность, кал/(см²*мин)

S – поток прямой солнечной радиации, поступающий на перпендикулярную лучам поверхность у подстилающей поверхности, кал/(см²*мин)

Рассеянной солнечной радиацией, называется радиация, поступающая на горизонтальную поверхность от всех точек небосвода, за исключением диска солнца и околосолнечной зоны радиусом 5. Рассеянная радиация условно обозначается D.

 Суммарной солнечной радиацией называется общий приход к горизонтальной поверхности прямой солнечной и рассеянной радиации, обозначается Q. Следовательно,

                                              Q = S' + D                                                           (2)  

D – рассеянная солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность, кал/(см²*мин)

 S' - прямая солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность, кал/(см2*мин)

Q – суммарная солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность, кал/(см²*мин)

Отраженная радиация — это часть суммарной радиации, отраженной от деятельной поверхности, обозначается R_K.

По величинам суммарной и отраженной радиации может быть вычислена важная радиационная характеристика деятельной поверхности – альбедо. Величина альбедо выражается в долях единицы или в процентах.

                                               A_K=R_K/Q                                                              (3)

Где: 

Q - суммарная солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность, кал/(см2*мин)         

R_K - отраженная радиация от деятельной поверхности, кал/(см2*мин)

A_K – альбедо, %

Разность между суммарной и отраженной радиацией называется остаточной коротковолновой радиацией и обозначается B_K, представляет собой солнечную радиацию, поглощенную деятельной поверхность [6].

                         B_K = (S' + D)-R_K = Q-R_K = Q(1-A_K)                                         (4)

Где:

 S' - прямая солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность, кал/(см²*мин)

D - рассеянная     солнечная радиация, поступающая       на горизонтальную поверхность, кал/(см2*мин)       

R_K - отраженная   радиация   от   деятельной поверхности, кал/(см²*мин)

B_K - остаточная коротковолновая радиация, кал/(см²*мин)

Собственное излучение деятельной поверхности (Е) по закону Стефана-Больцмана пропорционально четвертой степени ее абсолютной температуры I.

                                            E_з=σ · δ · Т⁴                                                             (5)

где

σ - постоянная Стефана-Больцмана, Вт/см²*К      

δ - относительная излучательная способность деятельной поверхности

E_з – собственное излучение деятельной поверхности, Вт/м²

Часть атмосферного излучения, направляющаяся вниз и поступающая к горизонтальной земной поверхности, называется длинноволновой радиацией атмосферы, противоизлучением атмосферы или встречным излучением (Е_а).

Длинноволновая радиация атмосферы частично отражается земной поверхностью обратно в атмосферу отраженной радиацией и обозначается R_д:

                                              R_Д = (1–δ)                                                              (6)

где

δ - относительная излучательная способность деятельной поверхности

R_д – баланс длинноволновая радиация, Вт/м

Длинноволновые потоки радиации (Е_а, Е_з) не изменяются на станциях. Косвенным путем определяются только из разности:

                                        В_Д = Е_а – Е_з – R_Д,                                                             (7)

где

E_з - собственное излучение деятельной поверхности, Вт/м²

Е_а - встречное излучение атмосферы, Вт/м²

R_д - баланс длинноволновая радиация, Вт/м²

В_Д  - эффективное излучение деятельной поверхности, Вт/м² которая называется остаточной длинноволновой радиацией

                                   Е_з – Е_а = R_д = - В_д                                                               (8) 

где

E_з - собственное излучение деятельной поверхности, Вт/м²

Е_а - встречное излучение атмосферы, Вт/м²

R_д - баланс длинноволновая радиация, Вт/м²  

В_д  - эффективное излучение деятельной поверхности, Вт/м²

Приход радиации к горизонтальной поверхности, состоит из прямой радиации S', рассеянной D и излучения атмосферы E_a. Расход складывается из отраженной радиации R_к и излучения деятельной поверхности. E_з (R_Д = 0).

Разность между всей приходящей радиации (S' + D + Е_а) и всей уходящей (R_К + E_з) называется остаточной радиацией (В).

                             В = S' + D + Е_а – Е_з – R_к                                                                                          (9)

                                 или В = В_к + В_д                                                                        (10)

где В - остаточная радиация, Вт/м²

Величина В получается в результате непосредственных изменений, длинноволновый радиационной баланс определяется вычислением:

                  В_д = В – В_к =B-(Q-R_к) = B + R_к – Q                                                  (11)

где

В_д  - эффективное излучение деятельной поверхности, Вт/м²

В - остаточная радиация, Вт/м²

B_K - остаточная коротковолновая радиация, кал/(см²*мин)

R_K - отраженная радиация от деятельной поверхности, кал/(см²*мин)

Q - суммарная солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность, кал/(см2*мин)

Эта величина называется энергетической освещенностью, облученностью поверхности или поверхностной плотностью потока излучения [6].

 2.2 Место наблюдений

 Для производства срочных наблюдений все приборы устанавливаются на актинометрической стойке (рисунок 5), представляющей собой вертикальный столб с горизонтальной рейкой. Гальванометры располагаются в специальном деревянном ящичке с северной стороны от стойки. Северо-восточнее стойки устанавливается ручной анемометр АРИ-49 на высоте 1,5 метра [6].

Рисунок 5 – Размещение приборов на неподвижной стойке [6]

Актинометрические       приборы   размещаются        следующим образом: на горизонтальной доске сверху столба укрепляется актинометр. Стрелка на основании актинометра должна быть направлена на север, широта устанавливается с точностью до одного градуса.

Пиранометр или стационарный альбедометр укрепляется на горизонтальной рейке актинометрической стойки на расстоянии 20-25 см. от ее южного конца. Горизонтальность головки пиранометра проверяется по уровню, при необходимости положение ее исправляется регулировочными винтами.

Для установки балансомера используется шаровой шарнир, который в свою очередь крепится винтом к концу рейки. Приемная поверхность с цифрой 1 направляется вверх, а ее горизонтальность проверяется накладным уровнем. 

Соединительные провода от пиранометра и балансомера пропускаются вдоль западной поверхности рейки и закрепляются металлическими скобками. Провод актинометра пропускается через отверстие в основание прибора. Концы всех проводов подводятся к клеммам гальванометров.

Гальванометры устанавливаются в ящике клеммами на юг. Винты должны быть вывернуты на 1-2 оборота, а стрелки подведены к 5 делению шкалы.

Правый гальванометр соединяется с актинометром, левый с пиранометром и балансомером [6]

 

Применяемые приборы

 

Для производства актинометрических наблюдений в качестве приемников радиации на станциях применяются следующие термометрические приборы:

Для измерений прямой радиации - актинометр Савинова AТ-50

Для измерений рассеянной, суммарной радиации универсальный пиранометр Янишевского М-80 и походный альбедометр.

Для измерений радиационного баланса - балансомер Янишевского типа М-10 или М-10-М.

В качестве электроизмерительного прибора применяется стрелочный актинометрический гальванометр ГСА-1 [6].