Измерение атмосферных осадков и снежного покрова

 

Необходимые приборы и принадлежности: осадкомер О–1, измерительный стакан, постоянная снегомерная рейка, переносная снегомерная рейка, весовой снегомер ВС-43.

 

Измерение количества выпавших осадков и их интенсивности

 

Атмосферные осадки разделяются на две основные группы:

– осадки, выпадающие из облаков: дождь, снег, град, крупа, морось и др;

– осадки, образующиеся на поверхности земли и на предметах в результате непосредственной конденсации или сублимации водяного пара из воздуха: роса, иней, изморозь, гололёд.

На метеорологических станциях измеряют количество выпадающих осадков из облаков и интенсивность выпадения осадков.

Количество осадков – это высота (в миллиметрах) слоя воды, образовавшегося на горизонтальной поверхности от выпавшего дождя, мороси, обильных рос, тумана, растаявшего снега, града, крупы и др. за указанный интервал времени при отсутствии стока, просачивания и испарения.

Количество осадков определяется объемом жидкой воды, который получается при сборе осадков приемным сосудом с фиксированной площадью приемной поверхности.

Интенсивностью дождя называется количество осадков, выпавшее в единицу времени. Интенсивность вычисляется с точностью до 0.1 мм/мин.

Интенсивность жидких осадков определяется по результатам регистрации на движущемся диаграммном бланке изменения уровня воды, поступающей во время дождя в поплавковую камеру самописца.

Для измерения количества осадков применяется осадкомер Третьякова О–1 с приемной поверхностью 200 см².

Осадкомер О–1. Комплекс осадкомера О–1 состоит из двух металлических сосудов для сбора и сохранения выпадающих осадков, одной крышки к ним, тагана для установки осадкомерных сосудов, ветровой защиты и двух измерительных стаканов. Осадкомер О-1 представлен на рис. 24.

Для сбора осадков служит сосуд 1 в форме цилиндра высотой 40 см с внутренним диаметром 159,5 мм и площадью приёмного отверстия 200 см². Внутри сосуда впаяна диафрагма 3, имеющая форму усеченного конуса, с отверстием для стока. Отверстие диафрагмы закрывается воронкой. С внешней стороны к осадкономерному сосуду припаян носик 8 для слива собранных осадков. Носик закрывается колпачком 9, прикрепленным к сосуду цепочкой 4.

Таган с лапками на внутренней стороне служит для установки осадкосборного сосуда.

 

 

Разрез

Рисунок 24 - Осадкомер О-1

1- сосуд для сбора осадков; 2-укосина; 3-диафрагма; 4-цепочка от крышки колпачка; 5-кольцо; 6-планка ветровой защиты; 7-соединительная цепочка; 8-сливной носик; 9-колпачок.

 

Ветровая защита осадкомера состоит из 15 или 16 планок, имеющих форму равнобедренной трапеции и изогнутых по специальному шаблону. Верхние концы планок отогнуты во внешнюю сторону; в собранном виде они находятся в одной горизонтальной плоскости. Планки имеют вырубки с ушками, сквозь которые проходит металлическое кольцо 5; кольцо с планками крепится к столбу, на котором устанавливается осадкомер, тремя укосинами 2; укосины надеваются на кольцо через каждые пять планок. Планки расположены на равных расстояниях друг от друга и стянуты между собой вверху и внизу цепочками 7.

Для измерения количества осадков используется измерительный стакан (рис. 25), имеющий 100 делений. Одно деление стакана соответствует слою осадков высотой 0.1 мм.

Количество осадков измеряется постоянно в течение всего года. Осадкомер устанавливается так, чтобы приемная поверхность прибора находилась на высоте 2 м от поверхности земли и была строго горизонтальна. К осадкомеру устанавливается металлическая или деревянная лесенка.

С наступлением зимнего сезона, когда начинают выпадать твердые и смешанные осадки, воронка, закрывающая отверстие в диафрагме, вынимается до весны и снова вкладывается в осадкосборный сосуд, когда твердые и смешанные осадки сменяются жидкими. Сливной носик осадкомера всегда должен быть закрыт колпачком.

 

Рисунок 25 - Измерительный стакан осадкомера

В зимнее время необходимо следить за тем, чтобы снег, выпадающий при штиле или слабом ветре, не задерживался на планках защиты (что чаще всего бывает при выпадении мокрого снега) и не сдувался бы в сосуд осадкомера. Задерживающийся на планках снег следует счищать. Необходимо также следить, чтобы около осадкомера не было сугробов. Образовавшиеся сугробы следует срезать лопатой и убирать с площадки, стараясь при этом не подходить близко к установке.

Измерение осадков производится два раза в сутки для получения количества за дневную и ночную половины суток в сроки, ближайшие к 8 и 20 ч поясного декретного (зимнего) времени.

Согласно установленному типовому порядку производства наблюдений, наблюдатель измерения осадков производит в следующем порядке:

– приносит к установке свободный осадкосборный сосуд, закрытый крышкой;

–заменяет им сосуд, стоявший в установке;

– перекладывает крышку с принесённого сосуда на снятый;

– уносит снятый сосуд в помещение;

– переливает собранные в осадкосборном сосуде жидкие осадки в осадкомерный стакан для последующего измерения. Переливание производится через носок сосуда. Сосуд следует держать над стаканом до тех пор, пока вода не перестанет капать.

Твердые осадки, собранные в осадкомерном сосуде, должны перед измерением растаять. Для этого сосуд с осадками оставляется в теплом помещении на некоторое время. Сосуд при этом должен быть закрыт крышкой, а носок – колпачком во избежание испарения осадков и осаждения влаги на холодных стенках с внутренней стороны сосуда.

После того как твердые осадки растают, они переливаются в осадкомерный стакан для измерения.

Интенсивность жидких осадков регистрируется с помощью плювиографа в естественных условиях метеорологической площадки в период выпадения жидких осадков, когда температура воздуха в течение суток не опускается ниже 0⁰С.

Плювиограф П–2 (рис. 26) состоит из приемного сосуда, регистрирующей части и корпуса.

Приемный цилиндр 1 представляет собой цилиндр приемной площадью 500 см². Дно сосуда конусообразное с несколькими отверстиями для стока воды. Осадки, поступающие в этот сосуд, по трубке стекают в поплавковую камеру 3. В камере находится металлический поплавок 4 с прикрепленным к нему металлическим стержнем 5, к верхнему концу которого крепится стрелка с пером 6. Поплавковая камера вмещает количество воды, соответствующее 10 мм дождя (500 см²). Для опорожнения камеры имеется сифон 8 с принудительным включением. Регистрация осадков производится часовым барабаном 9 суточного типа, на который надевается специальная лента. Механизм плювиографа смонтирован внутри цилиндрического кожуха с открывающейся дверкой.

 

Рисунок 26 - Плювиограф

1-приемный цилиндр; 2-воронка; 3-поплавковая камера; 4-поплавок; 5-стержень; 6-стрелка; 7-трубка; 8-сифон; 9-часовой барабан; 10-контрольный сосуд.

 

При выпадении дождя уровень воды в поплавковой камере поднимается, вместе с ним вертикально перемещается поплавок со стержнем и жестко связанная с последним стрелка с пером. Поскольку одновременно вращается часовой барабан, на ленте будут прочерчиваться наклонные линии, направленные снизу вверх. Наклон их тем круче, чем больше интенсивность осадков. После заполнения поплавковой камеры (перо поднялось на ленте до линии с обозначением 10 мм) автоматически включается сифон, вода быстро сливается из поплавковой камеры в контрольный сосуд 10, и на ленте прочерчивается вертикальная линия до нулевого деления. При отсутствии осадков на ленте прочерчивается горизонтальная линия. Таким образом, по записям на ленте плювиографа можно установить время начала и окончания дождя, продолжительность выпадения и общее количество осадков, интенсивность осадков в разные периоды времени.

Плювиограф устанавливается на столбе или специальной подставке с таким расчётом, чтобы верхний край прибора находился на высоте 2 м над поверхностью земли. Установка производится с помощью уровня так, чтобы верхний край приемника осадков был строго горизонтален. Корпус прибора укрепляется тремя проволочными оттяжками.

Плювиограф необходимо постоянно содержать в чистоте. Ленты плювиографа меняются ежедневно. Не реже двух раз в месяц (1-го и 15-го числа каждого месяца) необходимо проверять работу механизма принудительного слива, несколько раз искусственно вызывая слив.

Механизм принудительного слива требует периодической подзаводки, которую необходимо производить после каждого дождя, вызвавшего естественный слив.

Наблюдения за плювиографом проводят только в теплый период года, так как замерзание воды в холодный период может привести к порче прибора.

Наблюдения за снежным покровом

Снежный покров представляет собой слой снега на поверхности земли, который образуется в результате выпадения осадков. В снежный покров включаются также и ледяные прослойки, которые образуются на поверхности снега и почвы, а также скапливающаяся под снегом талая вода.

Наблюдения за снежным покровом состоят из ежедневных наблюдений за изменением снежного и периодических снегосъёмок для определения снегонакопления и запаса воды на элементах природного ландшафта (поле, лес, балки, овраги).

При ежедневных наблюдениях за снежным покровом определяют:

– степень покрытия окрестности станции снежным покровом (балл);

– высоту снежного покрова на метеорологической площадке или на выбранном участке вблизи станции (см).

При снегосъёмках на каждом выбранном маршруте определяют:

– высоту снежного покрова (среднюю из установленного числа измерений);

– плотность снега (среднюю из установленного числа измерений);

– структуру снежного покрова (наличие прослоек льда, воды и снега, насыщенного водой);

– характер залегания снежного покрова на маршруте;

– степень покрытия снегом маршрута;

– состояние поверхности почвы под снегом (мерзлая, талая).

Ежедневные наблюдения за снежным покровом должны проводиться при любых погодных условиях с постоянного места на метеорологической площадке или на выбранном месте вблизи площадки в срок, ближайший к 8 ч поясного декретного (зимнего) времени.

Степень покрытия снегом окрестности станции оценивается наблюдателем при визуальном осмотре окрестности станции в баллах по 10-балльной шкале (0,1 часть видимой окрестности принимается равной 1 баллу).

Если снегом покрыта вся видимая окрестность, то степень покрытия равна 10 баллам; если покрыто около 0,3 всей видимой окрестности, то степень покрытия равна 3 баллам; если наблюдаются отдельные пятна снега, покрывающие менее 0,1 видимой окрестности, то степень покрытия оценивается 0 баллов.

При отсутствии снега на поверхности почвы степень покрытия не оценивается.

Ежедневные измерения высоты снежного покрова проводятся по трём снегомерным рейкам (рис.27), которые устанавливаются на метеорологической площадке. На летний период рейки снимаются обязательно.

 

Рисунок 27 - Постоянная (а) и переносная (б) снегомерные рейки

 

Снегомерные рейки представляют собой гладко обструганный прямой брусок сухого дерева длиной 180 см, шириной 6 см и толщиной 2,5 см. Рейки окрашены белой масляной или эмалевой краской и имеют на лицевой стороне шкалу в сантиметрах.

Отсчёты по рейкам № 1, 2 и 3 производят поочерёдно с точностью до 1 см. При производстве отсчётов по рейкам наблюдатель должен находиться на расстоянии 2-3 м от рейки. По отсчётам трёх реек ежедневно вычисляется среднее значение высоты снежного покрова. В конце декады вычисляется средняя высота снежного покрова за дни со снежным покровом путём деления суммы средних за сутки высот снежного покрова на число дней, в которые у реек отмечался снег, лёд или талая вода.

Для производства снегомерных съёмок должны быть выбраны и закреплены на местности маршруты:

– на открытом участке (поле) длиной 2 или 1 км (в зависимости от ландшафтных особенностей местоположения станции);

– в лесу, под кронами деревьев, длиной 0,5 км;

– 2-5 поперечников, пересекающих балки и овраги.

Выбор маршрутов осуществляется специалистами УГКС совместно с работниками станции. Каждый маршрут закрепляется на местности вехами, метками (краской или ленточками) на деревьях, кустарниках и т.п. После этого составляется описание маршрута и план окрестности в радиусе 5 км от станции с указанием маршрута. Выбранный маршрут должен быть постоянным в течение нескольких лет.

Замена маршрутов производится в случаях, если по результатам анализа снегосъёмок в УГКС будет установлено, что маршрут нетипичен для окружающего района или вблизи маршрута произошли изменения (строительство зданий, дорог, посадка или вырубка леса), оказывающие существенное влияние на залегание снежного покрова. Маршрут снегосъёмок должен располагаться не далее 5 км от станции, не ближе 0,5 км от линии железных дорог, шоссе, окраин населенных пунктов с промышленными объектами.

Снегосъёмки производятся в установленные календарные сроки, когда снегом покрыто более половины маршрута. Изменение даты календарного срока снегосъемки на 1-2 дня допускается, если наблюдаются опасные или особо опасные для данного района явления.

Первая снегосъёмка на полевом и лесном маршрутах производится в день, когда степень покрытия снегом окрестности станции впервые в сезоне равна 6 баллам или больше. В дальнейшем сроки производства снегосъёмок зависят от ландшафта, по которому проложен маршрут.

На полевом маршруте снегосъёмки производятся 10-го, 20-го и в последний день каждого месяца; весной, перед началом и в период снеготаяния, производятся учащённые снегосъёмки в каждый последний день пятидневки (5, 10, 15, 20, 25-го числа и в последний день месяца). Дата начала учащённых снегосъёмок перед весенним снеготаянием устанавливается УГКС и сообщается на станцию заблаговременно.

На лесных маршрутах снегосъёмки производятся один раз в месяц (20-го числа), а после 20 января – в конце каждой декады; во время снеготаяния – в конце каждой пятидневки.

Прекращаются снегосъёмки на полевых и лесных маршрутах после разрушения устойчивого снежного покрова, т.е. когда снегом окажется покрыта половина или меньше маршрута снегосъёмки (степень покрытия 5 баллов и менее).

Во время снегосъёмок высота снежного покрова измеряется на полевом маршруте длиной 2000 м в 100 точках, на полевом маршруте 1000 м и лесном маршруте в 50 точках при помощи снегомерной переносной рейки.

Рейка снегомерная переносная (рис. 27) изготовлена из гладко обструганного бруска сухого дерева длиной 180 см (или 130 см), шириной 4 см и толщиной 2 см. Нижний конец рейки снабжен металлическим наконечником длиной 10 см. На лицевой стороне рейки нанесены шкала в сантиметрах, нуль которой совпадает с нижним ребром наконечника.

Во время снегосъёмки при измерении высоты снежного покрова снегомерную переносную рейку необходимо погрузить в снег вертикально до поверхности почвы, при этом острый конец её не должен входить в землю. Отсчёты высоты снежного покрова на маршруте производится с точностью до 1 см.

Для определения запаса воды в снежном покрове на полевом маршруте в 10 точках, а на лесном маршруте в 5 точках производится измерение плотности снега, толщины слоя снега, насыщенного водой, и слоя талой воды, толщины притёртой ледяной корки.

Для определения плотности снежного покрова на маршруте используют весовой снегомер ВС-43.

Весовой снегомер ВС-43 (рис. 28) состоит из металлического цилиндра и весов. На одном конце цилиндра имеется кольцо с режущими зубьями, а

Рисунок 28 - Снегомер весовой ВС-43.

1-рейка коромысла; 2-передвижной груз; 3-стрелка; 4-подвес; 5 –крюк; 6-дужка; 7-утолщение с режущей кромкой; 8-передвижное кольцо; 9-цилиндр; 10 –крышка; 11- лопаточка.

 

другой конец закрывается крышкой. Цилиндр снегомера 9 имеет высоту 60 см, площадь поперечного сечения 50 см², один конец его заканчивается зубчатым венцом 7, другой закрывается крышкой 10. На наружной поверхности цилиндра нанесена сантиметровая шкала. Весы снегомера состоят из металлической линейки 1, которая опорной призмой делится на два неравных плеча. К короткому плечу с помощью серьги с крючком 5 подвешивается цилиндр с пробой снега, по длинному концу перемещается груз 2 для уравновешивания весов. Для контроля уравновешивания над призмой к линейке крепится стрелка-указатель 3. Шкала весов снегомера разбита на 300 делений, одно деление соответствует 5 г.

При взятии пробы снега цилиндр весового снегомера погружают отвесно в снег отточенным краем вниз, слегка надавливая на него. По шкале цилиндра отсчитывают высоту снега с точностью до 1 см, отгребают лопаткой снег с одной стороны цилиндра и подводят её под нижний край цилиндра. Подняв цилиндр вместе с лопаткой, переворачивают его нижним краем вверх и очищают наружную поверхность цилиндра от снега.

Пробу снега взвешивают. Для этого цилиндр подвешивают к весам и приводят их в равновесие; после этого, держа весы на уровне глаза, отсчитывают деление шкалы линейки весов, с которым совпадает черта на скошенном крае прореза передвижного груза весов. При взвешивании пробы следует стоять спиной к ветру.

При высоте снежного покрова менее 60 см (меньше высоты цилиндра) плотность снега измеряется путём взятия одной пробы. При высоте снежного покрова более 60 см следует взять несколько проб таким образом, чтобы высота столба снега для каждой пробы была меньше 60 см. Необходимо соблюдать при этом осторожность и не нарушать целостности столба снега при взятии каждой пробы.

Плотность снега в каждой точке её определения g вычисляется делением массы пробы снега на его объём.

Масса пробы снега равна 5m (m – отсчёт по линейки весов), так как каждое деление линейки весов соответствует 5 г.

Объём пробы снега равен произведению площадки поперечного сечения цилиндра снегомера (50 см²) на высоту взятой пробы (отсчёт по шкале цилиндра) 50h (см³).

Исходя из этого, плотность снега вычисляется по формуле:

g = = .

Плотность снега вычисляется с точностью до сотых долей г/см³, для чего деление m на 10h производится до третьего десятичного знака, а результат округляется до второго десятичного знака.

Запас воды в снежном покрове определяется по формуле:

Q = 10gh,

где g – средняя плотность снега по данным снегосъёмки на полевом маршруте за ту же дату;

h – средняя высота снежного покрова в балках, вычисленная делением суммы высот измерений на общее число точек определения высоты.

Произведение gh умножается на 10 для перевода данных расчёта в миллиметры.

Задание

1 Ознакомиться с устройством и принципом действия осадкомером О–1, плювиографом.

2 Ознакомиться с устройством весового снегомера и принципом вычисления плотности снежного покрова и запаса воды в снеге по весовому снегомеру.

Записи оформить в тетрадь.