Исследование метеорологических характеристик погоды

 

    Среднюю испаряемость можно определить по формуле: 
 

    ,                                     (2.1)

    а мгновенную – по формуле: 

     ,                                           (2.2) 

    где G_в – масса воды, испарившейся за время τ с площади F_n;

           ρ – плотность воды;

           ∆V – объем испарившейся воды. 

Так как  шкала трубки проградуирована в  см³, а площадь сосуда испарителя равна 500 см², то для определения величины испаряемости в кг/м² мин необходимо разность начального и конечного отсчетов разделить на 50 и на время между отсчетами:

    ,                                           (2.3) 

    где К_н и К_н-1 – начальный и конечный отсчеты по шкале мерной трубки, см³;

    τ – время между отсчетами, мин. 

    По  данным измерений строится график зависимости  объема испарившейся воды от времени  τ:

    V,  

    По  графику V = f(τ)  и формуле (2.2) определяют мгновенную величину испаряемости. Испаряемость равна угловому коэффициенту:  

    К = прямой V = f(τ) , умноженному на ρ/F_н = 210⁴ кг/м⁵. 

    tgα = 25⁰, тогда  

    i_мгн = tgα 210⁴ = 5010⁴ 
 

    2.4. Обработка результатов

Рассчитывают  среднеарифметическое значение испаряемости (i) и среднее квадратическое отклонение S по формулам:

,          
 
 
 
 

Среднюю квадратическую ошибку среднего арифметического вычисляют по формуле: 

  

S =  

Кроме этого для оценки точности измерения  вычисляют среднюю арифметическую ошибку. 

 

r = 18.75*10^-8 

Задавшись доверительной вероятностью α = 0,95 определяют доверительный интервал: 

    ∆S = t_nS, 

    ∆S =2.31 

где t_n- - нормированное отклонение в распределении Стьюдента, которое определяется по таблицам, в зависимости от уровня значимости α и числа измерений n (табл. 2.3). 

    Таблица 2.3

    Значение  нормированных отклонений t_n в распределении Стьюдента для уровня значимости 0,95

 

Т.к  n = 8, то t_n = 2,31, следовательно

Определяют  относительную величину приборной  ошибки, обусловленной погрешностью измерительных приборов и устройств для определения i_u по формуле: 

    

 

    E = 0.08 
 

    Откуда:

    2=2; =1; =1

    Находят полную ошибку в определении величины испаряемости 

    ∆J =  

    ∆J = 

    Записывают  окончательный результат: 

    J = J_ср ± ∆J,          при α=0,95  

     кг/м^2с 

    Е_∆ =  

    Е_∆ =% 

    2.5. Перечень приборов  и оборудования

    Испаритель  с мерной трубкой     1шт.

    Груша резиновая                           1шт.

    Песок кварцевый                           10 кг 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Лабораторная  работа №3 

    Определение альбедо и радиационного  баланса деятельного  слоя земной поверхности 

    Цель  работы: изучение конструкции, принципа действия актинометрических приборов и техники измерения радиационного баланса и его составляющих. 

    3.1. Основные понятия используемые в метеорологии

    Лучистая  энергия испускаемая солнцем проходит через атмосферу и поступает на поверхность залежи. В метеорологии лучистую энергию солнца принято называть солнечной радиацией. Солнечная радиация является основным источником тепла при испарении воды с поверхности торфяных месторождений. Замеры солнечной радиации – актинометрические наблюдения – проводятся на специализированных станциях.

    Слой  земной поверхности, в котором поглощается  практически все поступающая радиация, называется деятельным слоем. Для поверхности оголенной почвы слой составляет несколько миллиметров, для почвы покрытой растительностью включает и слой занятый растительностью.

    Лучистая  энергия, поступающая на деятельную поверхность непосредственно от солнца в виде параллельных лучей, называется прямой солнечной радиацией.

    На  актинометрических стациях измеряется прямая солнечная радиация, поступающая на перпендикулярную солнечным лучам поверхность (S). солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность (S’) вычисляется по формуле: 

    S’ = SSin h₀, 

    где h₀ – высота солнца над горизонтом. 

    Часть солнечной радиации, проходят через  атмосферу, рассеивается молекулами  газов, входящих в состав атмосферы частичками водяного пара (облаками) и твердых веществ, взвешенных в атмосфере. Солнечная радиация, которая приходит на деятельную поверхность после рассеяния в атмосфере, а также отражение облаками называется рассеянной радиацией (D).

    Суммарная радиация (Q) складывается из прямой и рассеянной: 

    Q=S+D. 

    Часть суммарной радиации, отраженной от деятельной поверхности, называется отраженной радиацией R. Величина характеризующая отраженную способность деятельной поверхности, называется альбедо (А). альбедо определяется отношением отраженной радиацией к приходящей суммарной радиации: 

    A=R100%/Q. 

    Наибольшее  альбедо имеет поверхность покрытая снегом (70-90%), наименьшее альбедо наблюдается на участках черноземной почвы и темно-бурых торфяных 7-10%.

    К земной поверхности поступает также  и длинноволновое излучение (встречное) атмосферы Е_α. В свою очередь, земная поверхность в зависимости от температуры тоже излучает длинноволновую радиацию (собственное излучение) Е_з.

    Разность  между ними – эффективное излучение: 

    Е_эф = Е_з- Е_α. 

    Алгебраическая  сумма приходных и расходных  составляющих радиации называется радиационным балансом: 

    В = S’+ D + Е_α – R - Е_з  

    или 

    В= Q(1-А/100)- Е_эф. 

    3.2. Описание актинометрических  приборов

    Прямая  радиация измеряется актинометрами. Они  построены на принципе превращения  лучистой энергии в тепловую. Приемной частью приборов являются зачерненные тонкие пластинки с поглощающей способностью  абсолютно черного тела. Разность температур пластинок и окружающей среды вызывает в термобатареях электродвижущую силу, которая регистрируется чувствительными гальванометрами.

    Суммарная радиация замеряется пиранометрами  системы Янишевского. Приемной частью служит термобатарея. Спаи батареи поочередно зачернены и выбелены. Разность температур спаев термобатареи приводит к возникновению электродвижущей силы, которая регистрируется гальванометром.

    Для измерения суммарной, рассеянной и  отраженной радиации предназначен альбедометр. Он состоит из головки пиранометра, карданного подвеса и рукояти. Для  измерения рассеянной радиации приемник альбедометра затеняют экраном. Для  измерения отраженной радиации головку  прибора поворачивают вниз. Для суммарной  – вверх.

    Радиационный  баланс измеряется балансомером. Он имеет две приемные поверхности в виде верхней и нижней зачерненных пластинок толщиной 0,04 мм. Верхняя облучается суммарной радиацией, а также радиацией атмосферы. На нижнюю пластинку попадает отраженная радиация R и излучение земли. К пластинкам прикреплены спаи термоэлементов, посредством которых измеряется температура приемных поверхностей прибора. Возникающий термоток регистрируется чувствительным гальванометром.

    Измерения заключаются в снятии  отсчетов показаний балансомера и анемометра. По показанию балансомера рассчитывается величина радиационного баланса: 

    В = (N-N₀) Ф_va0, 

    где  N – показания гальванометра при балансомере;

            N₀ – положение стрелки гальванометра при разомкнутой цепи «нуль» гальванометра;

            Ф_v – поправочный множитель на скорость ветра;

            a₀ – переводной множитель.

    По  аналогичной формуле по показаниям альбедометра рассчитывается величина суммарной, рассеянной и отраженной радиации; при этом следует учитывать, что показания прибора не зависят от скорости ветра (Ф_v=1). 

    3.3 Проведение работы

    Производится  установка балансомера и альбедометра. Определяется «нуль» гальванометра, берутся  пробные отсчеты показаний действующих  приборов.

    Непосредственные  измерения ведутся в камере искусственного климата при 4-5 значениях интенсивности  облучения. Измерения проводятся  незатененным балансомером.