10. Ветер (В.Н. Сорокина, Г.В. Суркова - Руководство к лабораторным занятиям по климатологии и метеорологии)

с.. лап звв виьллвз плюют.аь \;нежно!о покрова по весовому пегом еру? 3. Каким образом можно подсчитать запас воды в снежном окрове? Отчет по заданию должен содержать: ° зарисованную в тетради схему снегомера, ° таблицу с результатами измерений, ° письменные ответы на контрольные вопросы. Х. ВЕТЕР етром называется горизонтальное перемещение воздуха от- .8 носительно земной поверхности. Обычно определяют направление ветра — сторону горизонта, откуда дует ветер, и его скорость в м/с. При наблюдениях на метеорологических станциях дается также качественная характеристика степени изменчивости ветра по направлению (постоянный или меняющийся) и скорости (ровный или порывистый).

В зависимости от задач исследований применяются различные приборы и методы наблюдений за ветром. При определении скорости ветра в приземном слое воздуха в полевых условиях пользуются анемомел~рами разных типов: чашечными, контактными илн индукционными. Чашечные и контактные анемометры применяются обычно при градиентных измерениях, необходимых для расчета турбулентных потоков тепла и влаги в нижнем слое атмосферы. Эти анемометры позволяют рассчитать среднюю скорость ветра за нужный интервал времени: от нескольких минут до 1 — 3 ч.

Индукционными анемометрами определяют мгновенную (за 2 — 3 с) скорость ветра. Такие наблюдения необходимы, например, для введения новых поправок на ветер к показаниям балансомера. Для получения характеристик ветра на метеорологических станциях применяют флюгер и дистанционные приборы — анеморумбометры и злектромеханические самописцы ветра. Наблюдения за ветром включают: ° измерение средней скорости ветра за промежуток времени 2 или 10 мин (в зависимости от технических возможностей прибора, который используется при измерениях); ° определение максимального значения мгновенной скорости ветра в том же интервале времени (скорость ветра при порывах); ° определение среднего направления ветра за 2 мин, 117 Ручной чашечный анемометр Анемометры служат для измерения средней скорости ветра за >пределенный промежуток времени.

По конструкции приемной части различают два основных вида >немометров — чашечные (с полушариями) для измерения средней :корости ветра любого направления в пределах от 1 до 20 м/с > крыльчатые (с мельничкой) для измерения средней скорости на>равленного воздушного потока от 0,3 до 5 м/с. Крыльчатые анемометры применяются в основном в трубках и каналах вентиляционных систем. Приемная часть ручного чашечного анемометра состоит из металлической крестовины, на концах которой укреплены четыре полых полушария, обращенных выпуклостями в одну сторону (рис.

10.1). Полушария зашишены от механических повреждений специальной рамкой и наса- жены на ось. Ось в нижней части имеет «ц червячную (винтовую) нарезку, которой '~ 4 я ' она соединяется с рядом шестеренок пе««« редающего механизма, заключенного в « пластмассовый или металлический кор((ч « ~~~~7' пус. Счетный механизм имеет три циферблата. На большом циферблате нанесены деления от 0 до 100, на другом — сотни делений и на третьем — тысячи. В нижней части футляра сбоку имеется арретир, который отводит первую шестеренку передающего механизма в сторону от червячной нарезки оси или соединяет их.

В первом случае вращение Рис. 10.1. Ручной ане момен>р 18 При непрерывной регистрации скорости и направления ветра >пределяется среднее значение скорости ветра за 1 ч и направлетие ветра, соответствующее средней скорости за 1 ч. На некоторых метеорологических станциях определяют направ>ение и скорость воздушных течений в более высоких слоях атяосферы (до 30 км и более). При этом используется шар-пилот. А/„— Ж, К каждому экземпляру анемометра прилагается сертификат в виде переводной таблицы нли графика, по которым, зная число делений в секунду, определяют скорость ветра в м/с (табл. 10.1).

Если Вне равно целому числу, проводят десятичную интерполяцию. Из сертификата находим, что 1 дел/с соответствует скорости 1,2 м/с, а 2 дел/с — 2,1 мlс. Следовательно, на разность 2 и 1 дел/с приходится разность скоростей 0,9 м/с, а на 0,1 дел/с — 0,09 м/с. Тогда 0,8 дел/с будет соответствовать разности скорости 0,72 м/с. Измеренная скорость ветра равна 1,2+0,7 = 1,9 м/с.

(10.1) 119 полушарий под влиянием ветра происходит вхолостую (счетчик отключен), во втором — оно передается на стрелки циферблатов (счетчик включен). По обе стороны арретира имеются два неподвижных кольца, которыми пользуются для включения счетчика шнурком в тех случаях, когда анемометр находится высоко и до арретира нельзя достать рукой. Шнурок привязывают к концу арретира серединой, а концы его продевают через неподвижные кольца. Снизу под корпусом имеется стержень с винтовой нарезкой для установки анемометра на деревянном шесте в вертикальном положении.

Наблюдения по анемометру проводятся следующим образом. Наблюдатель становится лицом к ветру и устанавливает анемометр на заданной высоте так, чтобы шкала была обращена в подветренную сторону, а плоскость циферблата располагалась бы перпендикулярно к направлению ветра, и записывает показания всех стрелок (начальный отсчет). При этом нужно быть внимательным, так как стрелки бывают насажены не совсем правильно, что может вызвать ошибку в отсчете на 100 или 1000. После этого включают счетчик анемометра, поставив арретир в верхнее положение, и одновременно пускают в ход секундомер на определенный промежуток времени (1, 2 и т.

д. до 1О мин). По истечении срока выключают прибор и секундомер и записывают конечный отсчет. Обработка наблюдений. Вычтя из конечного отсчета Л/ начальный Ж и разделив разность на количество секунд / получают количество делений в секунду у; дел/с Таблица 10.1 Пример сертификата анемометра Анемометр №28б Флюгер Рис. 10.2. Флюгер Вальда: 1 — стержень, 2 — трубка, 3- лопасти, 4— противовес, 6— муфта, 6 — доска, 7 — дуга с 7-ю штифтами 121 120 Флюгер — самый распространенный прибор для наблюдений за направлением и скоростью ветра на метеорологических станциях (рис.

10.2). На вертикальный стальной стержень 1, заостренный сверху, надета металлическая трубка 2, закрытая сверху. Трубка опирается на острие стержня и свободно вращается вокруг него. На нижнкпо часть трубки насажена флюгарка, состоящая из двух лопастей 3, расходящихся под углом 22', и противовеса 4 в виде металлического шара, укрепленного на горизонтальном стержне. Под действием ветра флюгарка устанавливается так, что противовес указывает, откуда направлен воздушный поток. Для определения направления ветра в румбах на основном неподвижном вертикальном стержне 1 специальной муфтой 5 прикреплены 8 металлических прутьев, ориентированных по сторонам света. На одном из ннх, направленном на север, укрепля- ется буква Х.

На метеорологических станциях направление ветра определяют по 16 румбам, при этом оценивается положение флюгарки между смежными металлическими прутьями. Для измерения скорости ветра на верхней части вращающейся трубки укреплена рама со свободно подвешенной доской б — указателем скорости ветра. Она представляет собой прямоугольную металлическую пластинку размером 15х30 см и весом 200 г (легкая доска) или 800 г (тяжелая доска).

Флюгарка, располагаясь по ветру, всегда ставит доску-указатель перпендикулярно воздушному потоку. Под действием давления ветра доска отклоняется от вертикального положения. Для количественной оценки величины откпонения доски служит дуга 7 с 8-ю штифтами (с нумерацией от 0 до 7), каждому из которых соответствует определенная скорость ветра (табл. 10.2). Легкой доской можно измерять скорости ветра до 20 м/с, тяжелой — до 30 м/с. Таблица 10.2 Определение скорости ветра (м/с) по отклонению доски флюгера Флюгер устанавливается строго вертикально на деревянном столбе или металлической мачте высотой 10-12 м от поверхности земли. От высоких предметов (зданий, деревьев) флюгер должен быть отнесен на расстояние, равное 1О-кратной высоте этих предметов. Для определения направления ветра по флюгеру нужно подойти к основанию столба, на котором он установлен, стать под указателем направления и, наблюдая за колебаниями флюгарки в течение 2 мин, определить ее среднее положение к указателям сторон горизонта, Для определения скорости ветра наблюдатель должен отойтн от столба и стать перпендикулярно направлению ветра таким образом, чтобы луч зрения совпадал с плоскостью отклоняющейся доски-указателя скорости.

Наблюдая за качанием доски в те- чение 2 мин, нужно определить ее среднее положение по отношению к штифтам. В наблюдательской книжке необходимо записать направление ветра и номер штифта, около которого (нлн между которыми) наблюдалось среднее положение доски (табл. 10.3). Рядом в скобках записывается скорость ветра в м/с, полученная по табл. 10.2.

Таблица 10.3 Пример записи результатов наблюдений по флюгеру В первом случае наблюдения проводились по флюгеру с легкой доской, во втором — с тяжелой. Характеристика ветра по направлению и скорости определяется визуально. Направление ветра считают постоянным в том случае, если за время наблюдений противовес колеблется в пределах одного румба; в противном случае ветер характеризуют как меняю- и/ийся. /То скорости ветер называют ровным, если доска колеблется в течение 2 мин около одного штифта или между двумя соседними штифтами. Если диапазон колебаний доски охватывает больше двух штифтов„ветер называют порывистым, при этом скорость резко меняется, возрастая до некоторого максимума, и затем уменьшается.

Аиеморумбометры и самописцы ветра Принцип действии анеморумбометра основан на преобразовании измеряемых характеристик скорости и направления в электрические величины, которые передаются по соединительному кабелю в соответствующие узлы измерительного пульта. Прибор состоит из датчиков скорости н направления ветра, измерительного пульта и блока питания (рнс. 10.3). В датчике сосредоточены чувствительные элементы и первичные преобразователи скорости и направления. В качестве чувствительного элемента используется четырехлопастной воздушный винт с горизонтальной осью вращения.