Метэаралогія і кліматалогія
Практыкум
Выдавец: Вышэйшая школа
Памер: 223с.
Мінск 2011
У дадатку 11 знойдзем для тэмпературы паветра 20 °C Еа = = 0,42 кВт/м2. Адкуль
Еэ = 0,65 0,42 = 0,23 кВт/м2;
В = 0,78 (1 0,26) 0,23 = 0,35 кВт/м2.
Q Задачы
1. Выпісаць з табліцы Бемпарада (дадатак 6) колькасць аптычных мас т пры вышынях Сонца ад 10 да 90° праз кожныя 10°. Вынік адлюстраваць на графіку і растлумачыць прычыну змянення т.
2. Вылічыць каэфіцыент празрыстасці р, калі пры вышыні Сонца 19,3° паток прамой радыяцыі каля зямной паверхні склаў 51,2% ад яе патоку на верхняй мяжы атмасферы.
3. Знайсці вышыню Сонца, калі пры каэфіцыенце празрыстасці 0,75 вымераны паток прамой радыяцыі 698 Вт/м2.
4. Знайсці аптычную масу атмасферы, якую праходзяць сонечныя промні ў поўдзень летняга і зімовага сонцастаяння на шыротах Гомеля, Мінска і Віцебска. Як уплываюць змяненні т з шыратой і на працягу года на паступленне сонечнай радыяцыі да зямной паверхні (дадатак 6)?
5. Пры вышыні Сонца 35° прамая радыяцыя на перпендыкулярную паверхню складае 0,75 кВт/м2, а пры вышыні Сонца 60° 0,85 кВт/м2. Як і чаму змяніліся аптычная маса і каэфіцыент празрыстасці (дадатак 6)?
6. Колькі сонечнай энергіі атрымлівае перпендыкулярная да промняў і гарызантальная паверхні пры вышыні Сонца 25° і каэфіцыенце празрыстасці 0,76 (дадатак 8)?
7. Вылічыць прамую радыяцыю, якая паступае на перпендыкулярную і гарызантальную паверхні пры вышыні Сонца 60°, калі каэфіцыент празрыстасці складае 0,5; 0,6; 0,7; 0,8. Прааналізаваць залежнасць сонечнай радыяцыі ад велічыні р.
8. Прамая сонечная радыяцыя, якая паступае на перпендыкулярную паверхню, пры вышыні Сонца 35° склала 0,75 кВт/м2. Вылічыць прамую радыяцыю, якая паступае на гарызантальную паверхню (дадатак 8).
9. Вылічыць радыяцыйны баланс дзейнага слоя, калі паглынутая частка прамой радыяцыі на гарызантальную паверхню складае 0,4 кВт/м2, рассеянай радыяцыі 0,1 кВт/м2, сустрэчнае выпраменьванне роўнае 0,25 кВт/м2, а зямное выпраменьванне 0,3 кВт/м2.
10. Знайсці радыяцыйны баланс дзейнага слоя, калі паглынутая частка кароткахвалевай радыяцыі роўная 0,05 кВт/м2, a
эфектыўнае выпраменьванне 0,09 кВт/м2. Які сэнс набывае адмоўны знак радыяцыйнага балансу?
11. Вылічыць прамую радыяцыю, што паступае на гарызантальную паверхню, пры вышыні Сонца 40° і каэфіцыенце празрыстасці 0,74.
12. Альбеда свежаўзаранага асушанага тарфяніку складае каля 10%, а снегу, што толькі выпаў, каля 90%. Як уплываюць адрозненні альбеда на велічыню паглынутай радыяцыі і цеплавы рэжым дзейнай паверхні і прыземнага слоя паветра?
13. Прамая сонечная радыяцыя, якая паступае на перпендыкулярную паверхню, складае 0,7 кВт/м2, рассеяная радыяцыя 0,2 кВт/м2. Вышыня Сонца 50°. Колькі цяпла паглынае паверхня жоўтага пяску і хваёвага лесу (дадаткі 8, 9)?
14. Якую колькасць цяпла атрымае ад Сонца 1 га зялёнай травы за 1 гадз, калі прамая сонечная радыяцыя, якая паступае на перпердыкулярную паверхню, роўная 0,9 кВт/м2, а рассеяная радыяцыя складае 0,3 ад прамой пры вышыні Сонца 60°?
15. Колькі цяпла выпраменьвае паверхня, пакрытая травой і аголеная (чарназём), калі тэмпература травы роўная 12,0 °C, а аголенай глебы 10,0 °C?
(?) Кантрольныяпытанні
1. Што называецца сонечнай радыяцыяй?
2. Які спектральны састаў сонечнай радыяцыі?
3. Якую радыяцыю называюць кароткахвалевай, а якую даўгахвалевай?
4. Што называецца прамой, рассеянай, сумарнай, адбітай і паглынутай радыяцыяй?
5. Што ўяўляе сабой альбеда?
6. Што такое выпраменьванне Зямлі, атмасферы і эфектыўнае выпраменьванне?
7. Што называецца радыяцыйным балансам зямной паверхні?
8. Што разумеецца пад сонечнай пастаяннай?
9. Што ўяўляе сабой баланс кароткахвалевай радыяцыі?
10. Сфармуляваць і растлумачыць закон аслаблення прамой радыяцыі (формула Бугэ).
11. Сфармуляваць закон выпраменьвання цел закон Стэфана Больцмана.
12. Якія прыборы выкарыстоўваюцца для вымярэння прамой, рассеянай і адбітай сонечнай радыяцыі? Якая іх будова і прынцып дзеяння?
13. Якая будова і прынцып дзеяння прыбораў, што выкарыстоўваюцца для вымярэння сумарнай радыяцыі і радыяцыйнага балансу?
14. Які парадак вымярэння альбеда дзейнай паверхні?
15. Што ўяўляе сабой актынаметрычная стойка?
16. У чым прызначэнне ценявога кольца?
17. Якая будова і прынцып дзеяння прыбораў, што выкарыстоўваюцца для рэгістрацыі розных відаў радыяцыі?
18. Якая будова геліёграфа і для чаго ён прызначаны?
Глава 'JO
ВЫМЯРЭННЕ ТЭМПЕРАТУРЫ ГЛЕБЫ I ПАВЕТРА
Тэмпература з’яўляецца адной з асноўных характарыстык надвор’я і клімату. Ha МС вымяраюць тэмпературу паветра, глебы, вады і снегу. Для вымярэння тэмпературы выкарыстоўваюць розныя тыпы тэрмометраў: вадкасныя, дэфармацыйныя самапісцы, электрычныя і тэрмометры супраціўлення. Найболын ужывальныя з іх вадкасныя і дэфармацыйныя.
5.1. Вадкасныя тэрмометры
Прынцып дзеяння вадкасных тэрмометраў заснаваны на змяненнях аб’ёму вадкасці ў залежнасці ад павышэння ці паніжэння тэмпературы. У якасці тэрмаметрычнай вадкасці звычайна скарыстоўваюць ртуць, спірт і талуол, якія валодаюць рознымі фізічнымі ўласцівасцямі (табл. 5.1).
Табліца 5.1
Фізічныя ўласцівасці тэрмаметрычных вадкасцей
Вадкасць
Тэмпература замярзання, °C
Тэмпература кіпення, °C
Каэфіцыент аб’ёмнага расшырэння
Ртуць
-38,9
356,9
181 IO”6 °C-1
Спірт
-117,3
78,5
110-10'5 °с-'
Талуол
-95,0
110,6
109-10-5 °C-1
3 даных табл. 5.1 бачна, што для вымярэння нізкіх тэмператур мэтазгодна выкарыстоўваць спіртавыя тэрмометры, a для вымярэння высокіх тэмператур — ртутныя.
Вадкасныя тэрмометры пабудаваны наступным чынам. Шкляны рэзервуар, запоўнены тэрмаметрычнай вадкасцю, злучаны з капілярнай трубкай, свабодны канец якой запаяны. Капіляр і шкала замацаваны ўсярэдзіне шкляной абалонкі, якая спаяна з верхняй часткай рэзервуара.
Па сваёй будове вадкасныя тэрмометры падзяляюцца на два тыпы: з устаўной шкалой і палачныя. У апошніх тэрмо-
3 Зак. 681
метрах шкала нанесена непасрэдна на вонкавым баку капілярнай трубкі.
Адлікі па ўсіх тэрмометрах робяцца з дакладнасцю да 0,1 °C і адразу запісваюцца ў кнігу назіранняў. У час адлікаў па тэрмометрах вока назіральніка павінна размяпічацца на адной вышыні з канцом слупка вадкасці. Адлікі па тэрмометрах удакладняюцца папраўкамі, якія змяшчаюода ў праверачных пасведчаннях (сертыфікатах), што прыкладваюцца да кожнага тэрмометра.
У метэаралогіі выкарыстоўваюцца розныя тэмпературныя шкалы. Шырокае распаўсюджанне атрымалі шкалы, якія прапанавалі Фарэнгейт у 1715 г., Рэамюр у 1736 г., Цэльсій у 1748 г., Кельвін у 1848 г.
Градус тэмпературнай шкалы Фарэнгейта (°F) складае 1/180 інтэрвала паміж пунктамі раставання лёду і кіпення вады. Гэтым пунктам нададзены значэнні 32 і 212 °F адпаведна.
Градус тэмпературнай шкалы Рэамюра (°R) складае 1/80 інтэрвала паміж пунктамі раставання лёду і кіпення вады. Ім нададзены значэнні адпаведна 0 і 80 °R.
Градус тэмпературнай шкалы Цэльсія (°C) уяўляе сабой 1/100 інтэрвала паміж пунктамі раставання лёду і кіпення вады, якія маюць значэнні адпаведна 0 і 100 °C.
Градус тэмпературнай шкалы Кельвіна (К) адпавядае велічыні градуса шкалы Цэльсія. Тэмпература 0 К роўная тэмпературы -273 °C і характарызуе стан, пры якім поўнасцю спыняецца цеплавы рух малекул цел. Гэта абсалютная шкала. Па шкале Кельвіна ўсе тэмпературы дадатныя, г.зн. вышэй за абсалютны нуль.
Для пераходу ад значэнняў температуры па адной шкале да значэнняў па другой маюцца наступныя формулы:
t °F = -(°C + 32);
t °C = -(°F -32);
(5.1)
4
/ °R=—1 °C;
5
t °C = -t °R;
4
(5-2)
t °C = К 273;
= t 0 +
(5.3)
5.1.1. Тэрмометры для вымярэння тэмпературы глебы
На метэаралагічных станцыях назіранні за тэмпературай глебы ажыццяўляюцца як на яе паверхні, так і на розных глыбі-
нях. Для гэтага выбіраюць пляцоўку памерам 4 х 6 м, якую ачышчаюць ад травянога покрыва, а глебу ўзрыхляюць.
Для вымярэння тэмпературы на паверхні глебы і снегавога покрыва выкарыстоўваюць тэрміновы, максімальны і мінімальны тэрмометры. Тэрмометры ўстанаўліваюцца пасярэдзіне аголенай пляцоўкі на адлегласці 5-6 см адзін ад другога рэзервуарамі на ўсход у наступным парадку: першы з поўначы тэрміновы для вымярэння тэмпературы паверхні глебы і снегавога покрыва, другі мінімальны, трэці максімальны.
Тэрміновы і мінімальны тэрмометры трэба класці на паверхню строга гарызантальна, а максімальны з невялікім нахілам у бок рэзервуара. Тэрмометры павінны ляжаць такім чынам, каб іх рэзервуары і вонкавая абалонка заглыбляліся напалову ў глебу.
Тэрміновы ртутны наглебавы тэрмометр (рыс. 5.1) служыць для вымярэння тэмпературы паверхні глебы і снегавога покрыва ў тэрміны назіранняў. Ён мае ўстаўную шкалу, цана дзялення якой 0,5 °C, і цыліндрычны рэзервуар.
Мінімальны спіртавы тэрмометр (рыс. 5.2) выкарыстоўваецца для вымярэння самай нізкай тэмпературы паміж тэрмінамі назіранняў. Гэты тэрмометр мае ўстаўную шкалу з цаной дзялення 0,5 °C і цыліндрычны рэзервуар. Ніжняя мяжа вымярэння тэмпературы вар’іруе ад -41 да -75 °C, верхняя ад +21 да +41 °C. Мінімальную тэмпературу тэрмометр захоўвае дзякуючы штыфту-ўказальніку 1, што знаходзіцца ў капіляры 2 у спірце. Штыфт зроблены са шкла і на канцах мае патаўшчэнні. Пры павышэнні тэмпературы спірт, што паступае з рэзервуара ў капіляр, абцякае штыфт 1, не зрушваючы яго. Пры паніжэнні тэмпературы штыфт пасля сутыкнення з меніскам 3 слупка спірту рухаецца сумесна ў бок рэзервуара. Дасягнуўшы мінімальнай тэмпературы, меніск спірту разам са штыфтам спыняюць свой рух. Калі ж тэмпература павышаецца, меніск слупка спірту пакідае штыфт, які захоўвае самую нізкую тэмпературу. Становішча канца штыфта, які найбольш аддалены ад рэзервуара, паказвае па шкале мінімальную тэмпературу, а меніск спірту тэмпературу ў тэрмін вымярэння. Для прывядзення ў рабочае становішча мінімальны тэрмометр накіроўваюць рэзервуарам уверх і трымаюць да таго часу, пакуль штыфт не дакранецца да меніска спірту.
Максімальны ртутны тэрмометр (рыс. 5.3) служыць для вымярэння самай высокай (максімальнай) тэмпературы паміж тэрмінамі назіранняў. Ён мае ўстаўную шкалу з цаной дзялен-
Рыс. 5.2. Мінімальны спіртавы тэрмометр: a агульны выгляд; б — канструкцыя, якая захоўвае мінімальную тэмпературу
Рыс. 5.3. Максімальны ртутны тэрмометр a агульны выгляд; б канструкцыя, якая захоўвае максімальную тэмпературу