Гидравлика, гидрология и метеорология (стр. 44 )

Рис. 16.3. Актинометр термоэлектрический: 1 – колпачок;

2, 3, 6 – винт; 4 – ось; 5 – экран; 7 – труба; 8 – ось штатива;

9 – сектор широт; 10 – штатив; 11 – основание

У н и в е р с а л ь н ы й  п и р а н о м е т р  (а л ь б е д о м е т р) служит для измерения рассеянной радиации (D) при затемнении его темным экраном, суммарной радиации (Q) и отраженной радиации (Rк), которая поступает на горизонтальную поверхность.

На практике он применяется главным образом для измерения альбедо деятельной поверхности. Альбедометры бывают двух типов: станционные и походные.

Они состоят из приемника (термоэлектрической батареи) от пиранометра 1, карданного подвеса 2, который способен самоуравновешиваться, и рукоятки 3 (рис. 16.4).

Такое устройство обеспечивает горизонтальное положение приемной части альбедометра в двух положениях: приемником вверх для измерения суммарной и рассеянной радиации (рис. 16,4 а) и приемником вниз (рис. 16.4, б) для измерения отраженной радиации. Для осуществления наблюдений рукоятка 3 прикрепляется к трубке 4. С помощью трубки альбедометру придается соответствующее положение. После определения суммарной и отраженной радиации вычисляется альбедо по формуле (16.3).

Рис. 16.4. Альбедометр термоэлектрический:

а – положение вверх; б – положение вниз:

1 – пиранометр; 2 – карданный подвес; 3 – рукоятка; 4 – трубка

Б а л а н с о м е р  т е р м о э л е к т р и ч е с к и й  применяется для измерения радиационного баланса (В) деятельной поверхности. Прибор представляет собой круглую плоскую оправу 1 диаметром 100 мм, в середине которой располагается приемник в виде квадратных медных пластинок 2 (рис. 16.5).

Наружная поверхность этих пластинок затемнена. К оправе присоединена рукоятка 3. Между медными пластинами располагаются 10 специальных термобатарей. Каждая батарея представляет собой медный брусок, который имеет изоляционное покрытие. На это покрытие намотана константовая стружка. Половина каждого витка намотки изолирована, а вторая посеребрена. Все батареи соединены между собой последовательно. Провода от первой и последней батарей через рукоятку 3 выходят наружу. Балансомер в нерабочем состоянии закрывается крышкой 4. В комплект балансомера входит колодка с двумя шарнирами 5. К одному шарниру прикрепляется балансомер, а к другому – теневой экран 6. Последний необходим для затемнения прибора от прямой солнечной радиации. Балансомер устанавливается строго горизонтально и подключается к гальванометру или интегратору.

При измерении днем приемник, который направлен к небосводу, принимает суммарную радиацию Q и встречное излучение атмосферы Еа. Приемник, который направлен к земной поверхности, принимает отраженную радиацию Rк и собственное излучение земной поверхности Ез.

Рис. 16.5. Балансомер термоэлектрический:

а – общий вид; б – схема:

1 – оправа; 2 – пластинка; 3 – рукоятка; 4 – крышка;

5 – шарниры; 6 – теневой экран

Суммарная радиация и встречное излучение атмосферы представляют собой приходные составляющие, а отраженная радиация и собственное излучение земной поверхности – расходные составляющие радиационного баланса. Днем радиационный баланс положительный, а ночью – отрицательный. Ночью, когда суммарной радиации нет, радиационный баланс равен эффективному излучению (В = Еэф).

Все вышеперечисленные приборы (актинометр, пиранометр, балансомер) по отдельности соединяются с помощью проводов со стрелочным гальванометром ГСА-1 или интегратором, которые предназначены для измерения тока, возникающего в термобатареях актинометрических приборов. Так как гальванометр и интегратор не показывают интенсивность радиации, а дают пропорционально ей силу тока, то для перевода отсчетов в энергетические единицы (кВт/м2, МДж/м2, кал/см2⋅мин) необходимо умножить эти отсчеты на переводной коэффициент данной пары приборов (цена одного деления гальванометра или интегратора).

17. ТЕПЛОВЫЕ РЕЖИМЫ АТМОСФЕРЫ И ПОЧВЫ

17.1. Изменение и распределение температуры воздуха

Суточное и годовое изменение температуры воздуха. Повышение температуры приземного слоя воздуха начинается с восходом солнца (минут на 15 позже), максимум наблюдается в 14 – 15 ч, затем температура воздуха понижается до минимума перед восходом солнца. Разность максимального и минимаотного значений температур в течение суток называется  а м п л и т у д о й  с у т о ч н о г о  х о д а  т е м п е р а т у р ы:

Дtс = tmax – tmin.                        (17.1)

Над сушей она всегда меньше, чем на поверхности почвы и зависит от времени года, географической широты, близости к морю, высоты местности, рельефа, облачности, влажности воздуха.

С увеличением широты Дtс воздуха убывает. Чем выше местность над уровнем моря, тем температура ниже. Воздух над южными склонами, а также застойный воздух долин и котловин прогревается днем сильнее, чем над северными склонами. Ночью охлажденный воздух со склонов стекает вниз в долины и котловины.

Выпуклые формы рельефа (холмы, возвышенности) свободно обдуваются ветром, поэтому днем воздух над ними прогревается меньше, чем в котловине, и суточные колебания температуры здесь менее выражены.

Над болотами и водоемами, над растительным покровом, особенно в лесах, суточные амплитуды колебания температуры воздуха (Дtс) снижаются. Наибольшее суточное изменение температуры воздуха наблюдается в субтропических пустынях (до 30єС). В умеренных широтах и особенно при пасмурной погоде и зимой суточные амплитуды колебания температуры воздуха (Дtс) значительно ниже.

Суточные колебания температуры воздуха над морем значительно меньше, чем на тех же широтах над сушей, хотя несколько больше, чем на самой поверхности воды. Так, на поверхности океана Дtс выражаются десятыми долями градуса, а Дtс воздуха над ним составляют 1,0 – 1,5єС. С высотой Дtс воздуха снижаются и на высоте 1,5 – 2,0 км совсем затухают.

Разность средних месячных температур самого теплого и самого холодного месяцев называют  г о д о в о й  а м п л и т у д о й  температуры воздуха. Она возрастает от экватора к полюсам. Большое влияние на нее оказывают не только океаны и моря, но и крупные озера и водохранилища.

А б с о л ю т н о й  г о д о в о й  а м п л и т у д о й  температуры называют разность между абсолютным максимумом и абсолютным минимумом температур воздуха, наблюдавшихся в течение года. На экваторе она очень мала: над сушей 5 – 10єС, над океаном около 1єС. По мере удаления от экватора она возрастает: в тропиках на 10 – 20єС над сушей и на 5 – 10єС над морем; в умеренных широтах соответственно на 50 – 60єС и 15 – 20єС; в полярных широтах до 65єС над сушей и 25 – 40єС над морем.

Линии равных температур на географической карте называют  и з о т е р м а м и. На рис. 17.1 представлено распределение средней годовой температуры воздуха на уровне моря. Как видно, общей закономерностью является снижение температуры от экватора к полюсам. Кроме этого прослеживается сильное влияние на температуру воздуха теплых и холодных течений, океанов и континентов в целом, высоты местности, рельефа, снежного и ледяного покрова.

Средняя годовая температура воздуха для всего земного шара составляет 14єС. Абсолютный минимум температуры воздуха на Земле отмечен в Антарктиде на станции «Восток» (–89,3єС). В северном полушарии зарегистрированы два полюса холода: Оймякон (–71єС) и Гренландия (–70єС). Абсолютный максимум температуры воздуха в тени отмечен в центре Сахары (58єС) и в Калифорнии (57єС).

Изменение температуры воздуха по высоте. Температура воздуха в приземном слое сильно зависит от степени нагрева поверхности земли. Тепло от нее передается вверх главным образом путем турбулентной теплопроводности и тепловой конвекции. Воздух весьма подвижен, поэтому суточные и годовые колебания температуры распространяются на большой слой: в высоких широтах до высоты 8 – 10 км, вблизи экватора – до 18 км (до тропопаузы).

Изменение темпераутры воздуха, приходящееся на 100 м высоты, называют  в е р т и к а л ь н ы м  г р а д и е н т о м  т е м п е р а т у р ы:

ВГТ = (tн – tв) 100 / (zв – zн),                (17.2)

где tн, tв – температуры воздуха соответственно в нижнем и верхнем уровнях, єС;

zн, zв – высоты нижнего и верхнего уровней.

Для тропосферы в целом характерны положительные значения вертикального градиента температуры. При ВГТ < 0 наблюдается  т е м-  п е р а т у р н а я  и н в е р с и я. Явление, при котором ВГТ = const, называется  и з о т е р м и е й.

Данные о ВГТ используются при составлении прогнозов погоды, для обслуживания вылетов и посадок самолетов, для вывода на орбиту спутников и орбитальных станций, для оставления графиков выбросов промышленных вредных отходов в атмосферу.

О ц е н к а  т е м п е р а т у р н ы х  р е ж и м о в  о т д е л ь н ы х  б о л ь ш и х  т е р р и т о р и й  для целей сельского хозяйства. Природоохранных мероприятий, медицины, промышленности, транспорта, строительства производится с помощью характеристик, дающих наиболее полное представление о тепловом режиме в среднем за год, за вегетационный период, сезон, месяц, сутки.  Характерными являются средние температуры января, июля и годовая средняя и абсолютная амплитуда температуры, максимальные и минимальные темпераутры воздуха. Это дает возможность судить об условиях перезимовки озимых культур, плодово-ягодных насаждений, условиях вегетации растений, влиянии максимальных и минимальных температур на болезни людей, животных, растений.

Для сельскохозяйственной оценки тепловых ресурсов климата используют  с у м м у  а к т и в н ы х  т е м п е р а т у р  Уt>10єС, которая получается сложением средних суточных температур выше 10єС.