Приборы и техника выполнения метеорологических исследований

Н = 120 ( t - td ), где t - температура воздуха, td- точка росы, Н - высота облаков. При первичном критическом контроле наблюдений за облаками необходимо как можно больше уделять внимание коллективному анализу обнаруженных несоответствий в результатах наблюдения с использованием фотографий и текстового раздела "Атласа облаков”, что будет способствовать значительному улучшению качества наблюдений,

Осадки и снежный покров

Осадки. В настоящее время на гидрометстанции количество осадков измеряется с помощью осадкомера Третьякова и характеризуется их суммой за 12 ночных и 12 дневных часов. Сумма осадков измеряется высотой слоя воды, который образовался бы на горизонтальной поверхности непосредственно или в результате таяния кристаллов льда при условии, что вода не стекает, не испаряется и не просачивается через поверхность. Погрешности в результатах измерений обусловливаются неправильной установкой и неисправностью осадкомера и нарушением методики наблюдений. Результаты измерений будут искажены, если: вблизи осадкомера расположены установки и предметы, способствующие надуванию и выдуванию осадков при определенном направлении ветра; приемная поверхность сосуда расположена не на одном уровне с отогнутыми частями планок защиты; деформирована приемная поверхность сосуда, или она не горизонтальна; неправильно установлены и закреплены планки ветровой защиты; не установлена воронка в отверстие диафрагмы осадкомерного сосуда в теплое время года и нет колпачка сливного носка; есть значительное отклонение (более 5 см) высоты от земли до приемной поверхности сосуда; имеется течь осадкомерных сосудов; своевременно не сделана переустановка осадкомера при снежном покрове более 60 см. несвоевременно убирается снег, отложившийся на отогнутых частях планок ветровой защиты во время снегопадов при слабом ветре и сдуваемый в сосуд при ветре; несвоевременно меняются осадкомерные сосуды при измерении количества осадков; при измерении осадков из-за спешки часть осадков остается в сосуде, особенно при неполном таянии твердых осадков; допускается пропуск измерений (при кратковременных ночных осадках).

При первичном критическом контроле необходимо прелое всего сопоставить наличие отметок о выпадении осадков в строке "Атмосферные явления" и "Количество осадков”. Надо иметь в виду, что в осадкомерном сосуде могут быть осадки от тумана, росы, инея, изморози (до несколько десятых долей миллиметра) Сопоставляется также записанное количество осадков с отмеченной интенсивностью. При наличии на станции плювиографа необходимо суточное количество осадков по осадкомеру сравнить с зарегистрированными по ленте плювиографа. Допустимо расхождение в пределах до 10%. При большом расхождении выявляется и устраняется причина. В зимних условиях сопоставляется декадное количество осадков по осадкомеру с приростом за декаду запаса воды в снежном покрове по результатам снегомерных съемок. При этом необходимо учитывать погодные условия. Если в течение данной декады температура была не выше -5 0 и не было метелей, то расхождение должно быть в пределах до 10-15%.

Первичный критический контроль записей на лентах плювиографа проводится ежедневно. Искажения на плювиографе могут быть из-за : не герметичности или загрязнения сифона; не вертикальности оси часового механизма или поплавковой камеры; неправильного положения ленты (с перекосом) на барабане; плохого закрепления корпуса и его вибрации при ветре; загрязнения поплавковой камеры в нижней части; загрязнения отверстий диафрагмы приемного сосуда; плохого пера и несвоевременного заполнения его чернилами; течи поплавковой камеры; выпадения града, ледяной крупы; плохой регулировки регистрирующей части и механизма принудительного слива, деформации поплавка. Обнаруженные при контроле искажения анализируются, выявляются и устраняются их причины. Снежный покров. В результатах наблюдения за снежным покровом (определение степени покрытия окрестностей станции снежным покровом, характера залегания снежного покрова, структуры снега, высоты снежного покрова при ежедневных наблюдениях; снегомерные съемки на маршрутах в поле, лесу, в оврагах) могут быть погрешности, обусловленные следующими причинами: не типичностью участков и маршрутов для наблюдений; нарушением методики наблюдения; неправильной установкой стационарных реек; неисправностью весового снегомера и переносной рейки. При производстве ежедневных наблюдений в нарушение правил оценивается наличие и характер залегания снежного покрова только на метеорологической площадке и в ближайшем окружении, а не в окрестности станции. Возможны ошибки и в определении структуры снега, так как в Наставлении гидрометстанциям и постам, вып.З, ч. I, нет четкой методики ее определения, особенно при неоднородной структуре по всей толще. Наиболее распространенными причинами погрешности при определении высоты по стационарным рейкам является следующее: неправильное размещение реек на метеоплощадке (вблизи есть установки, искажающие залегание покрова), несовпадение нуля реек с поверхностью почвы из-за неправильной ее установки или "выпирания" при замерзании и оттаивании почвы, нарушение покрова у реек, несоблюдение номеров реек при отсчетах и записи результатов; переписывание предыдущих отсчетов в дни без осадков, неумение определять значение отсчетов по рейкам при надувании или выдувании снега непосредственно у реек, в не учтенность при отсчетах воды и льда,, имеющихся у реек. Причины погрешности при снегомерных съемках: чрезмерное надавливание на рейку при измерении высоты снега на незамерзшей рыхлой почве (рейка входит в почву); измерение плотности весовым снегомером со сбитым нулем линейки весов (поправка не вводится); неполная очистка цилиндра снегомера от предыдущей пробы; неправильный отбор пробы на плотность при наличии под покровом снега, насыщенного водой. При первичном критическом контроле необходимо все случаи изменения характеристик анализировать в прямой связи с погодными условиями, метеорологическими величинами и атмосферными явлениями. При слабом ветре увеличение высоты снега нужно сопоставлять с количеством осадков за сутки (с учетом температуры воздуха), имея в виду, что плотность свежевыпавшего сухого неуплотненного снега 0,12 - 0,15 г/см3 (I мм осадков равен приросту высоты 0,7 -0,9 см). В дни, когда производятся снегомерные съемки, необходимо сопоставлять среднюю высоту на маршруте со средней высотой на метеорологической площадке. Это лучше делать графически: на одном графике строить кривые высот на метеоплощадке и на маршруте. Любая несогласованность анализируется с учетом погодных условий. Сопоставляется также степень покрытия снегом полевого маршрута и окрестностей станции, характер залегания снежного покрова в окрестностях станции и его высота на маршруте; количество выпавших осадков за предыдущую декаду и соответствующий приросту запас в снежном покрове.

Метеорологическая дальность видимости (МДВ)

На гидрометеостанции МДВ определяют с помощью приборов и визуально по объектам. При инструментально-визуальных наблюдениях с помощью М-53А в результатах определения МДВ могут быть погрешности, которые обусловливаются недостатками в установке и состоянии щитов и в выборе естественных объектов, неисправностями прибора М-53А, черной коробки, щитка--диафрагмы с флажком, нарушениями методики наблюдений. Щиты должны быть соответствующих размеров, которые зависят от расстояния до них (высота 0,008-0,010 расстояния до щита, ширина 0,7 высоты щита), не иметь сквозных щелей, покрыты матовой черной краской, наклонены в сторону М-53А под углом 45°, проектируются ~ они на фон неба у горизонта.

При фотометрировании щитов, покрытых пылью и гидрометеорами, имеющих сквозные щели, выцветшую или отслоенную краску, освещенных больше, чем черная коробка или флажок, - результаты определения ВДВ будут занижены. При фотометрировании естественных объектов только при правильной оценке их состояния получаются достоверные результаты. Любое неучтенное изменение объекта в более светлое состояние (отложение снега, изморози, пожелтение листьев, их опадение, освещений прямыми солнечными лучами) приводит к заниженным результатам МДВ, и наоборот: переход в неучтенное более темное состояние - к завышению результатов. Будут погрешности в результатах измерения и в том случае, если поправка нуля М-53А изменится (необходим ежемесячный контроль), если наблюдатели небрежно уравнивают яркость ближнего изображения коробки (флажка) и верхнего фотометрируемого объекта (не применяют прием "вилки"), если два из трех отсчетов подгоняются под первый и т.п., если фотометрируется объект, не покрытый воздушной дымкой или покрытый очень плотной дымкой (едва различим). Часто неправильно определяется освещенность объектов, учитывается только наличие или отсутствие прямой солнечной радиации. На станциях, где нет возможности подобрать естественные объекты для фотометрирования, видимость более 4 км определяется методом относительной яркости с использованием щита, установленного на расстоянии 200-300 м и щитка диафрагмы. Результаты измерений будут достоверными, если щит проектируется на фон небау горизонта. Фон небадолжен быть однороднымприизмеренияхпо щитуи по небу. Иначе результаты искажаются. В темноевремя суток МДВ определяется с помощью нефелометрической установки M-7I, в которой с помощью М-53А «фотометрируется эталонная яркость (эталонное поле) и рабочее поле, засвеченное рассеянным светом лампы-фары установки М-71 взвешенными помутняющими частицами в слое воздуха до 30 м. Результаты измерений будут достоверными при следующих условиях: метрологические свойства М-71 и М-53А не нарушены (не сбита центрировка лампы-фары, не изменяется ее световой поток, не изменялась эталонная яркость, М-53А исправен); световой пучок лампы-фары при измерении направлен на фон неба под углом не более 10° к горизонту и не освещает землю и предметы на расстоянии ближе 50 м (в поле зрения через отверстие для крепления бленды М-53А не видно огней и предметов); вблизи места измерений нет источников света. Если при светлом небе измерения делаются только по лучу, то в определении МДВ будут погрешности (результаты занижаются). При визуальном определении ВДВ в светлое время суток по объектам погрешности могут быть обусловлены следующими причинами: используются объекты, не удовлетворяющие предъявляемым требованиям (размеры: менее 30V- ширина, менее 15'- высота; проектируется не на <{юн неба, или фон местности дальше, чем следующий объект видимости, возвышаются над горизонтом более 5-6°; наблюдаемая поверхность - светлая и меняет цвет в течение года); вблизи объектов или в направлении на них от места наблюдений есть местные источники помутнения; при неполном наборе объектов наблюдатели неправильно определяют плотность воздушной дымки на дальнем видимом объекте, после которого нет объекта на стандартном расстоянии. Если МДВ в темное время суток определяется по огням, то искажение результатов может обусловливаться следующими причинами: огни не удовлетворяют предъявляемым требовании (не белые, не открытые, не одиночные, ошибочно определена сила света или расстояние) ; не учитывается ночная освещенность (сумерки, лунный свет, полная темнота); наличие вблизи места наблюдений источников света; неумение определять видимость огня ( светящаяся точка- виден, размытое пятно - не виден).При контроле результатов наблюденийза МДВ сопоставляют видимость с наличием атмосферных явлений иих интенсивностью, с формами облако, с ветровым режимом, собщим состоянием погодных условий. При видимости менее 7 баллов в строке ''Атмосферные явления" должны быть отмечены (в период 30-60 мин часа, предшествующему сроку наблюдений) атмосферные явления, ухудшающие видимость. При ухудшении видимости из-за дама должна быть запись в примечаниях. При контроле нужно помнить, что ряд явлений, ухудшающих видимость, может наблюдаться при видимости 10 км и более (например, осадки), но туман наблюдается только при видимости менее 1000 м, дымка - при 1000 м и более, но менее 10 км, мгла - при видимости 10 км. При тумане, дымке, мгле в срок наблюдений необходимо видимость сопоставлять с их интенсивностью, отмеченной в книжке КМ-1. В пасмурную погоду при слоистых, слоисто-кучевых, слоисто-дождевых облаках, при слабом ветре МДВ ниже, чем при кучевых формах.

Продолжительность солнечного сияния

Продолжительность солнечного сияния на метеорологических станциях регулируется с помощью гелиографа универсального, который реагирует на прямую солнечную радиацию интенсивностью 0,14 кВт/м² и более. Достоверность результатов обеспечивается, если прибор будет исправным, если место установки прибора и его установка удовлетворяют всем предъявляемым требованиям, если не будут нарушаться правила наблюдения и ухода за ним. При первичном критическом контроле необходимо как можно раньше обнаружить отклонения и устранить их причины. Неисправность прибора сказывается на характере и положении прожога на лентах, поэтому их надо просматривать сразу же после снятия При неправильном положении шара относительно чашки (шар сдвинут в упорах, и его поверхность неконцентрична поверхности чашки) ширина прожога на разных участках ленты при безоблачном небе будет неодинакова. Аналогичная запись может быть и в том случае, если неправильно заложена лента в пазах чашки ( частично вышла из пазов). При нарушении расстояния от центра шара до поверхности чашки (нарушено фокусное расстояние) продолжительность. прожогов будет занижена (расстояние меньше) или завышена (расстояние больше). Эта неисправность обнаруживается при просмотре записей на двух последовательных лентах (двухразовая или трехразовая смена), если их смена производится при солнце. Конец прожога на предыдущей ленте по времени не совпадает с началом на следующей (по шкале времени на ленте) - эта погрешность может быть учтена при обработке лент путем разбивки новой шкалы времени. Затенение места установки гелиографа окружающими предметами обнаруживается при анализе прожога на лентах в ясные дни. Если затенение бывает при восходе солнца, то прожог имеет утолщенное начало или конец и будет несимметричен относительно полдня. При затенении прибора в другое время на всех лентах в безоблачные дни в одно и то же время будет разрыв с тупыми концами. Неправильная установка гелиографа по широте обусловливает не-концентричность или не параллельность линии прожога средней линии ленты. Аналогичная запись будет, если гелиограф правильно установлен по широте, но имеет наклон на юг или север. При негоризонтальной установке с востока на запад линия прожога будет отклонена в одну сторону от средней линии. При промежуточных отклонениях амплитуда отклонений будет меньше. Если сбита ориентировка гелиографа, то линия прожога при ясном небе будет несимметрична полдню, и при смене лент в истинный полдень конец и начало записи будут сбиты относительно линии 12 ч на одну величину (эта погрешность устраняется при обработке). При неправильной установке ленты в пазах чашки (средняя вертикальная стрелка не совмещена с вертикальной риской чашки) прокол на ленте от иглы-держателя будет не на втором часовом делении вправо от середины ленты (при обработке эта погрешность учитывается). При загрязнении шара или отложении на нем гидрометеоров может быть "потеря" записи после восхода или перед заходом солнца, поэтому при контроле необходимо анализировать соответствующие записи времени начала освещения шара при восходе солнца и времени окончания освещения шара перед заходом солнца. При первичном критическом контроле обращают внимание на отсутствие "мнимых” прожогов, которые образуются при неаккуратной смене лент. В сомнительных случаях необходимо результаты регистрации сопоставлять с результатами наблюдений за облачностью.

Актинометрические наблюдения

Актинометрические наблюдения на гидрометеорологических станциях имеют целью получение данных о радиационном режиме, необходимых для научных целей и практического использованиям различных отраслях народного хозяйства.

'Радиационный режим земной поверхности создается лучи стой энергией, приходящей к земной поверхности и уходящей от нее. Для земли основным источником лучистой энергии является солнце. Лучистая энергия солнца, проходя через атмосферу, рассеивается и поглощается. Вследствие рассеивания лучистая энергия солнца на уровне земной поверхности наблюдается не только в виде параллельного пучка лучей, идущих от солнца, но также и в виде рассеянной радиации, падающей от всех точек небесного

свода. Достигая земной поверхности, солнечная радиация частично отражается, в результате чего возникает отраженная радиация. Неотраженная часть радиации поглощается, превращаясь в тепло. Нагретая поверхность в свою очередь становится источником собственного излучения, направленного к атмосфере. Атмосфера, нагревающаяся за счет теплообмена с земной поверхностью, также является источником излучения, направленного к земной поверхности и в мировое пространства

перечисленные выше(виды радиации обладают различным спектральным составом. Спектральный состав радиации характеризуется распределением лучистой энергии по длинам волн. Лучистую энергию, заключенную в пределах длин волн от 0.3 до 4 микрометров (мкм)Ч в актинометрии принято (называть коротковолновой, а в области 4--100 мкм-- длинноволновой

Слой земной поверхности, в котором происходит, поглощение радиации, называется деятельным Толщина деятельного слоя к зависимости от свойств поверхности может быть различной. Для естественной поверхности почвы при отсутствии растительного или снежного покрова толщина деятельного слоя /может меняться от долей миллиметра в случае уплотненной почвы до нескольких сантиметров; для разрыхленной почвы. Для снега эта толщина составляет десятки сантиметров для вода, в зависимости от ее прозрачности, -- метры и десятки метров. Растительный покров также составляет деятельный слой, толщина которого определяется высотой растительности. В метеорологии в качестве равнозначного термина пользуются термином «деятельная поверхность», применяемым и в дальнейшем изложении.

Основными элементами радиационного режима, систематически измеряемыми на актинометрических станциях, являются прямая солнечная радиация, рассеянная радиация неба, суммарная солнечная радиация, отраженная земной поверхностью радиация и остаточная радиация, или радиационный баланс деятельной поверхности.

Сроки

Так как интенсивность всех видов коротковолновой радиации зависит от высоты солнца над горизонтом, то сроки наблюдений устанавливаются по среднему солнечному времени станции. Актинометрические наблюдения проводятся шесть раз в сутки в сроки 0 ч 30 мин, 6 ч 30 мин, 9 ч 30 мин, 12 ч 30 мин, 15 ч 30 мин, 18 ч 30 мин. На некоторых станциях, по указанию

ГМО, помимо срочных наблюдений на постоянных площадках, проводятся эпизодические наблюдения на сравнительных площадках с наиболее характерными для ландшафта станции поверхностями.

Порядок производства наблюдений

Наблюдения в дневные сроки производятся в следующем порядке. За 10 мин до срока наблюдатель опускает настил, осматривает актинометрические приборы, при этом проверяет чистоту стеклянного колпака пиранометра и приемных поверхностей приборов, контактов, штепсельной розетки и вилки, клемм приборов и исправность затенителей и проводов. При обнаружении каких-либо неисправностей их следует устранить до производства наблюдений.

За 5 мин до срока наблюдатель снимает крышки 1 с приборов,

проверяет установку актинометра по широте и нацеливает его на солнце, устанавливает теневые экраны к балансомеру и пиранометру, проверяет горизонтальность пиранометра и балансомера, обращает внимание на номер стороны балансомера, повернутой вверх (номер стороны, обращенной вверх, должен быть постоянным для данного месяца: либо 1, либо 2, и закрывает актинометр и пиранометр крышками. После чего он отмечает облачность, видимость, состояние деятельной поверхности на

площадке, где установлены актинометрические приборы, и атмосферные явления. При облачности 3/3 и менее отмечается цвет неба и наличие облаков в зените.

За 3 мин до срока наблюдатель производит отсчет места нуля

балансомера, актинометра, пиранометра и температуры по термометру при гальванометре, соединенном с актинометром. Место нуля балансомера определяется при разомкнутой цепи, т. е. балансомер не соединен с гальванометром. Место нуля актинометра и пиранометра определяется при закрытых крышками приборах и замкнутой цепи (т. е. актинометр и пиранометр подключены к гальванометрам). При отрицательных температурах ниже --15° температура гальванометра принимается равной температуре воздуха.

Не позже чем за 1 мин до срока наблюдатель снимает крышки с пиранометра и актинометра, проверяет нацеливание на солнце трубки актинометра (т. е. совмещает «зайчик» луча солнечного света с меткой, нанесенной на кольце), правильность затенения пиранометра (тень от экрана должна затенять не только батарею, но и диафрагму) и балансомера. Затем, если наблюдения ведутся на неподвижной стойке, откидывает настил. Наблюдения по приборам на неподвижной стойке наблюдатель проводит в следующей последовательности.

Ровно в срок отмечает время начала наблюдений и делает три отсчета D по затененному пиранометру, причем отсчеты по гальванометру производятся через 10--15 с. Между первым и вторым, а также между вторым и третьим отсчетами производятся два отсчета по актинометру. Отмечается степень покрытия солнечного диска облаками.

К среднему гальванометру (при двух гальванометрах к левому) подключается балансомер, так чтобы стрелка гальванометра отклонялась вправо, и производятся три отсчета (В-- S') по затененному балансомеру с указанием знака (В -- S'). Междуотсчетами по балансомеру производятся два отсчета по актинометру и три отсчета скорости ветра по анемометру. Отмечается степень покрытия солнечного диска облаками. При наличии двух

гальванометров левый гальванометр после этого подключается к пиранометру. При проведении отсчетов по анемометру наблюдатель не дол- жен подходить к нему вплотную, чтобы не искажать воздушного потока. Скорость ветра отсчитывается с точностью до 1 м/с. Отсчеты скорости ветра производятся по возможности одновременно с отсчетами по балансомеру,

Установив реечный настил, наблюдатель подходит к приборам, стержень теневого экрана пиранометра направляет вдоль рейки, поворачивает пиранометр вниз, проверяет нацеливание трубки актинометра, на солнце; откидывает настил, подходит к гальванометрам и производит три отсчета RK по пиранометру,' обращенному вниз; между отсчетами по пиранометру отсчитывает показания по актинометру, а также отмечает степень покрытия солнечного диска облаками. .

Устанавливает реечный настил и поворачивает, пиранометр приемной поверхностью вверх; затеняет пиранометр, проверяет нацеливание трубки актинометра на солнце и производит три отсчета по пиранометру и два отсчета по актинометру (между отсчетами по. пиранометру). Отмечает при этом степень покрытия солнечного диска облаками и время окончания наблюдения, т. е . время третьего отсчета по пиранометру. При. измерении всех видов радиации отсчеты по приборам производятся с точностью до 0.1 деления шкалы гальванометра. Следует помнить, что. перед первыми отсчетами, по пиранометру должно быть выдержано время инерции его.

Закрывает приборы крышками (гальванометры не арретируют), отмечает температуру поверхности почвы: по срочному термометру на оголенном участке метеорологической площадки и температуру воздуха.

На этом наблюдение заканчивается. Пиранометр и актинометр .закрываются футлярами, штепсельные розетки -- чехлом; стержень с теневым экраном от пиранометра отвинчивается и вставляется в специальную скобу на столбе, а стержень с теневым экраном от балансомера располагается вдоль рейки. Если за время наблюдения имело место, изменение облачности (по количеству или по форме), то это следует отметить в примечании. На проведение изложенных выше наблюдений, учитывая значительную инерцию пиранометров, затрачивается 8--10 мин.

Запись наблюдений в км-12

Запись наблюдений производится в книжке для актинометрических наблюдений КМ-12

Число, облачность, цвет неба, видимость и состояние деятельной поверхности записываются в левой части страницы в первых четырех строках. Наличие облаков в зените (з) записывается рядом с облачностью (после указания форм). Справа записывается место нуля приборов. В графу 1 заносится среднее солнечное время начала и конца наблюдений. Если время начала наблюдений отличается от сроков, указанных в 3.5.1, больше чем на 3 мин, то причина этого указывается в примечании. В графе 2 под обозначением вида радиации (В, В -- S') записывается знак баланса ( + или --).В графе 3 против первого отсчета указывается степень покрытия солнечного диска облаками. В графах 4 и 5 против соответствующих обозначений потоков радиации отмечаются показания анемометра и деления гальванометра, соединенного с тем или иным прибором. Деления гальванометра записываются с точностью до одной десятой. Отсчеты по затененному пиранометру отмечаются в графе 5 против D1 и D2. Туда же записываются отсчеты по незатененному пиранометру при отметке ®° и П.

Отсчеты по затененному балансомеру указываются против обозначения В -- S'. Туда же записываются отсчеты по незатененному балансомеру при отметке ©° и П. Отсчеты по пиранометру, обращенному вниз, записываются против обозначения Rк. При производстве наблюдений по незатененному балансомеру и пиранометру для случаев контроля переводных множителей или при отсутствии в установке актинометра отсчеты записываются против обозначений В и Q. Отсчеты по балансомеру ночью отмечаются против обозначения В -- S'. Графы 6 и 7 заполняются при обработке, в графе 8 записываются отсчеты актинометра, графы 9 и 11 заполняются при обработке. Справа вверху страницы в специальных графах записываются отсчеты температуры поверхности почвы, температуры воздуха, температуры гальванометра. Из книжек градиентных наблюдений КМ-16 выписывается значение абсолютной влажности. Если на станции градиентные наблюдения не производятся, то абсолютная влажность выписывается из книжки основных метеорологических наблюдений КМ-1 за срок, ближайший к данному актинометрическому сроку. Внизу страницы имеются две строки, в первую из которых записываются атмосферные явления, имеющие место во время наблюдения, а во вторую -- примечания. В примечаниях, кроме сказанного ранее в 3.5.5, 3.6.7, 3.6.8, указываются случаи, когда отсчеты скорости ветра отличаются один от другого на 2 м/с и более (например, «скорость ветра меняется от 2 до б м/с»), причина опоздания или непроведения наблюдения; чистка контактных поверхностей, чистка стеклянного колпака и др. В конце ставятся (разборчиво) подписи наблюдателя и проверившего наблюдения. Наблюдения следует записывать в книжку КМ-12 немедленно после каждого отсчета. Запись наблюдений и результатов обработки в КМ-12 делается четко, разборчиво черным (не хими ческим) карандашом; никаких подчисток не допускается. В случае необходимости исправления первоначальная запись должна быть зачеркнута так, чтобы можно было прочесть зачеркнутое, а сверху или рядом записывается исправленное число с соответствующей оговоркой в примечании.

Актинометр ат-50

Актинометр АТ-50 состоит из корпуса с приемником трубки и штатива. Приемником радиации служит диск из серебряной фольги 1 (рис. 2), зачерненный со стороны, обращенной к солнцу. В центре диска вырезано круглое отверстие. К другой стороне диска приклеены внутренние (активные) спаи 2 термобатареи, состоящей из 36 термоэлементов, соединенных последовательно и расположенных в виде звездочки. Термоэлементы состоят из манганиновых и константановых полосок и имеют по два спая: внутренний и внешний. Внешние (пассивные) спаи 3 термобатареи приклеены к медному кольцу 4, зажатому в массивном корпусе прибора. Термобатарея изолирована от серебряного диска и медного кольца папиросной бумагой, пропитанной шеллаком. При измерениях зачерненный серебряный диск поглощает солнечную радиацию. Вследствие этого температура диска и внутренних (активных) спаев термобатареи, находящихся в тепловом контакте с диском, повышается. Внешние (пассивные), спаи имеют температуру корпуса, которая близка к температуре наружного воздуха. Из-за разности температур внутренних и внешних

спаев на выводах термобатареи появляется напряжение, а при замыкании внешней цепи термобатареи в ней возникает термоэлектрический ток, измеряемый включенным в цепь гальванометром. Корпус актинометра состоит из чашки 7 и втулки 11,которые свинчиваются между собою, а между ними зажимается медное кольцо 8. Крайние элементы термобатареи проводничками 6, выведенными через отверстия в задней чашке корпуса, соединяются со скобками-клеммами 5. К скобкам припаяны гибкие изолированные провода 3 для соединения с гальванометром.

Для устранения влияния ветра отверстия в корпусе залиты изолирующей замазкой. Корпус закрыт чехлом 2, который закрепляется винтом .4- Передняя часть втулки корпуса вставляется на трении в медную трубку 19 и закрепляется винтом 12. В трубке укреплены диафрагмы 15, расположенные в порядке увеличения диаметра их отверстий по мере удаления от приемника. Последняя диафрагма диаметром 20 мм, служащая приемным отверстием актинометра, соединена с кольцом 18 и укрепляется в трубке винтиком 17. Четыре внутренние диафрагмы укреплены в трубке посредством распорки 16 и пружинящей шайбы 14. Между пружинящей шайбой и передней частью корпуса проложена плоская шайбы 13. Наименьшая диафрагма 9 диаметром 10 мм соединена с корпусом. Диафрагмы вычернены с внутренней-стороны. Трубка с диафрагмами защищает приемник актинометра от ветра и рассеянной радиации. Центральный угол отверстия актинометра равен 10°. Это означает, что центр приемника актинометра получает радиацию от солнца и околосолнечной зоны неба радиусом 5°, что соответствует определению прямой радиации, данному в 1.6. Задняя часть трубки заканчивается кольцом 10 (рис. 4), окрашенным в белый Цвет и служащим экраном для переднего кольца 18, тень от которого при правильной наводке актинометра на солнце должна быть концентрична с окружностью кольца 10. Для более точной наводки на солнце в переднем кольце 10 имеется отвер стие 9, против которого на кольце 6 нанесена точка.

Эта точка при наведенном на солнце актинометре должна находиться в центре солнечного «зайчика» от луча, прошедшего через отверстие 9 в кольце 10. Для защиты приемника от загрязнения и для определения места нуля гальванометра при измерениях трубка актинометра закрывается крышкой 1.

Корпус актинометра, соединенный с трубкой, установлен на параллактическом штативе, опирающемся на столбик 15, укреп- ленный на основании футляра. Для установки актинометра по меридиану на основании нанесена стрелка. На штативе имеется ось 11 (ось широт), наклон которой с помощью винта 3 может регулироваться и закрепляться в соответствии с широтой места- Для этого на секторе 14 в нижней части параллактического штатива нанесена шкала, а на столбике -- риска 2, по которой производится отсчет угла между осью широт и горизонтом. На ось 11 надет держатель, в котором винтом 4 закреплена ось склонений 5, несущая трубку актинометра 8. Вращение ее вокруг оси 11 производится головкой винта 7, соединенной с фрикционными шайбами 12, между которыми пружиной зажат край диска 13, неподвижно соединенного с осью 11.

Актинометр закрывается цилиндрическим жестяным футляром. Для того чтобы открыть футляр, нужно нажать вниз и несколько внутрь пружину, выступающую из щели между крышкой футляра и основанием, и повернуть футляр против часовой стрелки относительно основания. В положении, когда заклепка на футляре окажется против пружины, футляр снимается. Аналогично снимаются футляры со всех актинометрических приборов, описанных далее.

При надевании футляра нужно повернуть его по часовой стрелке относительно основания до полного защелкивания пружины. Если защелкивания пружины не произойдет, то при переносе футляр может сняться и прибор упадет.

К актинометру прилагается поверочное свидетельство, содержащее следующие данные:

1) чувствительность актинометра К в милливольтах на

1 кал/см2-мин;

2) сопротивление термобатареи Rq В омах;

3) инерцию в секундах.

Инерция, или постоянная времени актинометра, определяется как время, необходимое для того, чтобы после затенения наведенного на солнце (или лампу) актинометра стрелка соединенного с ним гальванометра не доходила до нулевого положения на 0,5% своего первоначального отклонения.

Если актинометр присылается на станцию с гальванометром, с которым он поверялся, то добавляется значение переводного множителя а, являющегося ценой одного деления шкалы гальванометра в калориях на 1 см2-мин при температуре 20°.

.Наиболее часто встречающиеся неисправности актинометра следующие.

1. Обрыв провода в месте припайки к скобкам-клеммам на чашке корпуса.

В случае обрыва (или отпайки) проводов отвинчивается винт 4 (рис. 3) и снимается чехол 2, после чего провода припаиваются. Припаивание проводов следует делать на канифоли, без употребления кислоты.

2. Нарушение изоляции проводов 3 в месте выхода через от- верстие в чехле 2 и вследствие этого замыкание актинометра на- коротко. В этом случае следует укоротить провод и заново его припаять.

3. Отсутствие изолирующей замазки в отверстии для проводничков 6 от термобатареи. При такой неисправности следует залить отверстия густым раствором шеллака на спирту. Перечисленные выше неисправности устраняются на станции.

. При неисправности внутри самого прибора (плохие кон- такты в термобатарее, отклейка термоспаев от диска приемника или от кольца, смещение термобатареи эксцентрично относительно оси трубки) следует актинометр направить в УГМС для ремонта. В случае износа фрикционных приспособлений, когда при вращении рукоятки 7 (рис. 4) трубка актинометра не поворачивается вокруг оси 11, отправляется в ремонт штатив актинометра без трубки.

Пиранометр м-80

Пиранометр универсальный типа М-80 предназначен для измерения рассеянной радиации D, отраженной солнечной радиации RK и суммарной радиации Q = S'+D, приходящей на горизонтальную поверхность. Для измерения рассеянной радиации пиранометр затеняется от прямой солнечной радиации теневым экраном.

Пиранометр М-80 состоит из головки с термобатареей и полусферическим стеклянным колпаком, штатива, сушилки и теневого экрана (рис.5).

Приемной частью пиранометра служит термобатарея квадратной формы размером 3X3 см, состоящая из 32--40 полосок длиной 3 см, каждая из которых спаяна из четырех коротких полосок: двух константановых 2 и двух манганиновых 3 (рис. 6). Концы длинных полосок соединяются припаянными к ним перемычками 4 из манганина. Таким образом, каждый четвертый спай, считая от положительного вывода, приходится на поворот. Спаи на поворотах скреплены полоской слюды. Выводы 7 делаются везде от

манганиновых полосок, для чего крайняя полоска 1 отрицатель ного полюса термобатареи делается двойной длины: на поворотах через определенное число рядов некоторые спаи делаются неактивными, т. е.спаиваются перемычками концы полосок из одинаковых сплавов. Вследствие такого расположения активных спаев термобатарея окрашена в шахматном порядке: нечетные спаи окрашены в черный цвет (сажей), а четные -- в белый (магнезией) . Границы белых и черных полей совпадают с охлаждающими ребрами 6, о-батарея 1.

Термобатарея от охлаждающих ребер электрически изолирована папиросной бумагой. Белые поля термобатареи слегка пропитаны парафином, что выравнивает поглощательную способность сажи и магнезии по отношению к длинноволновому излучению стеклянного кол- пака. Стеклянный колпак пиранометра поглощает часть радиации в областях спектра 0.30--0.40 и 2.5--4 мкм, но в этих областях интенсивность прямой и рассеянной радиации очень мала. Частичное поглощение стеклянным колпаком не вносит заметных ошибок в результате измерений радиации пиранометрами. Выводы термобатареи подводятся к клеммам, изолированным от корпуса. На корпус накладывается сверху диафрагма 7 с квадратным вырезом по размерам термобатареи (см. рис. 5 а). Диафрагма укрепляется на корпусе посредством штифта 5 и винта 8. Она должна находиться в одной плоскости с термобатареей. На корпус навинчивается кольцо 11 (см. рис. 5 б), в желобок которого вклеивается стеклянный полусферический колпак 10, защищающий термобатарею от ветра и осадков. Металлическая крышка 9 служит для защиты стеклянного колпака от повреждений и используется при определении места нуля гальванометра. Головка пиранометра привинчивается к стойке 32 штатива, укрепленной на откидной плите 21. Стойка 32 может вращаться вокруг вертикаль- ной оси. Для закрепления ее в определенном положении служит винт 19. Откидная плита позволяет придавать головке два положения: приемником вверх и приемником вниз. В обоих случаях термобатарея располагается горизонтально. В первом случае горизонтальность батареи устанавливается с помощью трех регулировочных винтов 31 (см- рис. 5 6) по уровню 20, прикрепленному тремя винтами к плите 21. Во втором случае, при положении пиранометра головкой вниз, горизонтальность обеспечивается винтом 24. Откидывание плиты производится вокруг двух осей 22, скрепляющих основание 23 с плитой 21.

Основание 23 прижимается к панели 30 с помощью зажимного винта 27, спиральной пружины 28 и гайки 25. Штифт 26 не дает проворачиваться зажимному винту 27 при закреплении гайки 25. Пружина 28 служит для крепления плиты 23 на панели 30. Регулировочные винты 31 опираются на пяты 29, закрепленные на панели 30. Теневой экран 12 привинчивается к стержню 14 и закрепляется на нем винтом 13. Стержень 14 закрепляется на рычаге 16 стойки 32 винтом 15. Размеры экрана и стержня рассчитаны так, чтобы от центра приемной поверхности пиранометра экран был виден под углом 10°, т. е. чтобы экраном закрывался участок неба вокруг солнца радиусом 5°. Для этого длина стержня должна превосходить диаметр экрана в 5,7 раза, причем диаметр экрана должен быть равен диаметру стеклянного колпака. Необходимой частью пиранометра является сушилка 18, установленная во внутренней полости стойки 32. Она укрепляетсяв металлической втулке, привинченной к корпусу снизу. Сушилка заполняется поглощающим водяной пар веществом (силикагелем).Назначение сушилки--предотвращать запотевание или образование инея внутри стеклянного колпака. Предохранительная тру- бочка 17, ввинченная в корпус, обеспечивает сообщение воздуха под колпаком с осушителем, препятствуя в то же время попаданию осушителя на термобатарею при переворачивании пиранометра. Для изоляции от наружного воздуха резьба кольца и сушилки смазывается вазелином.

Под действием солнечной радиации (рассеянной или суммарной) спаи термобатареи, окрашенные в черный цвет, нагреваются сильнее, чем белые спаи, а разность температур спаев вызывает в цепи пиранометр -- гальванометр термоэлектрический ток, сила которого пропорциональна измеряемой интенсивности радиации.

К пиранометру прилагаются:

1) запасной стеклянный колпак с кольцом;

2) соединительный провод;

3) поверочное свидетельство.

Поверочное свидетельство содержит следующие, данные:

1) чувствительность пиранометра К в милливольтах на 1 кал/см2-мин; '

2) сопротивление термобатареи Rs в омах;

3) инерцию в секундах [определение инерции пиранометра аналогично определению инерции актинометра (2.2.3)];

4) поправочные множители Fn в зависимости от высоты солнца.

Чувствительность (переводный множитель) пиранометра зависит от направления падения солнечных лучей, т. е. от высоты солнца и азимута.

Зависимость чувствительности пиранометра от высоты солнца обусловлена оптической неоднородностью стекла полусферического колпака. При измерениях пиранометром величин суммарной радиации эта зависимость учитывается введением поправочного множителя Fn, на который надо умножить нормальный переводный множитель пиранометра (т. е. приведенный к высоте солнца h = 90°), чтобы получить переводный множитель для прямой солнечной радиации при данной высоте солнца. Для получения величин рассеянной и отраженной радиации используется нормальный переводный множитель ап, который получается при поверке, когда приемная поверхность пиранометра устанавливается перпендикулярно (нормально) солнечным лучам. Азимутальный эффект исключается тем, что при наблюдениях пиранометр обращается к солнцу всегда одной и той же стороной. Принято обращать к солнцу сторону диафрагмы, на которой поставлен заводской номер.

Наиболее часто встречающиеся неисправности у пиранометра следующие. .

1. Трещины в стеклянном колпаке или его поломка. В этом случае кольцо со стеклом заменяется запасным. После этого пиранометр требует новой поверки (определения перевод- ного ап и поправочного Fh множителей).

2. Появление щели у краев стеклянного колпака вследствие выпадения замазки. Для устранения недостатка образовавшуюся щель следует за- лить масляной краской (свинцовым суриком или белилами).

3. Надломы проводников, соединяющих термобатарею с клеммами. Следует осторожно припаять оборвавшийся проводничок.

4. Обрыв соединительного провода, нарушение изоляции соединительных проводов или прикосновение оголившегося провода к корпусу пиранометра (последнее приводит к замыканию накоротко). Следует осмотреть состояние соединительных проводов и заме- нить их при обнаружении надломов и оголенных участков про- вода. .

5. Окисление контактных поверхностей у клемм прибора. Контактные поверхности клемм должны зачищаться от загряз- нения и окиси наждачной бумагой. Перечисленные выше неисправности устраняются на станции. При неисправности внутри корпуса прибора (замыкание тер- мобатареи на корпус, нарушение контактов в термобатарее) сле- дует головку пиранометра направить в УГМС для ремонта. Головка пиранометра отсылается для ремонта также при наличии следующих неисправностей:

1) пожелтение магнезии на термобатарее;

2) отставание краски от термобатареи более чем на !/ю части термобатареи;

3) появление черной краски на белых полях и наоборот (может произойти в результате неосторожного обращения с термобатареей);

4) коробление термобатареи.

Балансомер

Балансомер служит для определения радиационного баланса В (остаточной радиации) деятельной поверхности. Радиационный баланс измеряется без прямой солнечной радиации, для чего приемная поверхность балансомера затеняется экраном. Одно временно прямая радиация S измеряется актинометром.

Для получения полного баланса величина прямой радиации на горизонтальную поверхность добавляется к измеренной затененным балансомером величине В -- S', т. е. В = (В -- S ' ) + S ' . При таком порядке наблюдений уменьшается ошибка измерения величины В, так как значение S' измеряется актинометром с большей точностью, чем балансомером. Для контроля переводных множителей балансомера при отсутствии облаков на диске солнца величина В измеряется как затененным, так и незатененным балансомером.

Размещено на Allbest.ru