Лабораторное занятие № 2
Определение влажности воздуха, количества осадков, толщины снежного покрова,
плотности снега и влажности почвы с помощью приборов
Цель работы: выработка умений и навыков работы с приборами для измерения влажности почвы
и воздуха, толщины и плотности снежного покрова; умений использовать полученные данные в
необходимых расчетах; делать выводы.
Пояснение к работе: научиться пользоваться приборами для определения влажности воздуха,
количества осадков, толщины снежного покрова, плотности снега и влажности почвы, проводить
необходимые измерения.
Задания:
1. Ознакомиться с приборами для измерения влажности воздуха, измерения осадков, толщины
и плотности снежного покрова
2. Определить влажность воздуха
3. Определить количество осадков
4. Определить толщину и плотность снежного покрова
5. Определить влажность почвы
Оснащение рабочего места: рабочие тетради, оборудование и приборы.
Охрана труда: соблюдать правила техники безопасности при работе в лаборатории.
Литература:
1. Чирков Ю.И., Основы агрометеорологии, Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
Контрольные вопросы при допуске к работе:
1. Что такое малый влагооборот?
2. Что такое большой влагооборот?
3. Дайте определение влажности воздуха
4. Как классифицируются осадки по характеру выпадения?
5. Для чего необходимо определять почвенную влагу?
Методические указания
Для измерения влажности воздуха психрометрическим методом служат станционный и
аспирационный психрометры, а гигрометрический — гигрометры и гигрографы.
Станционный психрометр
Наблюдения по психрометру (рисунок 32). Перед производством наблюдений необходимо
убедиться в том, что батист хорошо смочен. Для контроля следует за 10—15 минут до наблюдений
смочить батист, погружая резервуар «смоченного» термометра в приподнятый стаканчик с водой.
После этого стаканчик устанавливают на прежнее место. Для получения достаточно точных
значений величин влажности воздуха ошибка в разности отсчетов не должна превышать 0,1.
Поэтому отсчеты по термометрам надо брать очень быстро, так как наблюдатель своим
присутствием может изменить показания термометров. Во время наблюдений необходимо
остерегаться усиленно дышать на термометр и приближать к нему фонарь (при отсчетах в ночное
время). Для большей точности рекомендуется, как только наблюдатель откроет дверцу
психрометрической будки, где помещены термометры, сначала быстро отсчитать десятые доли
«сухого» и «смоченного» термометров, а потом — целые градусы. В отсчеты термометров
вводятся шкаловые поправки из поверочного свидетельства.
Вычисление величин влажности воздуха производится по показаниям «сухого» и «смоченного»
термометров.
Абсолютную влажность воздуха определяют по психрометрической формуле: е = Е1—АР (t—
𝑒
t1),относительную влажность и дефицит влажности воздуха вычисляют по формулам: 𝑟 = 𝐸 ·
100 и
d = E – e.Точку росы находят по таблице максимальной упругости (приложение 1
таблицы 1 и 2).
Абсолютную влажность и дефицит влажности вычисляют с точностью до 0,1 мб, а
относительную влажность—с точностью до 1%.Для ускорения процесса вычисления величин
влажности воздуха пользуются специальными психрометрическими таблицами (приложение 2
таблица 3).
Рисунок 32. Психрометрическая будка
Аспирационный психрометр
Очень удобен для измерения влажности воздуха в полевых условиях и особенно среди
растений. Аспирационный психрометр (рисунок 33) по принципу действия аналогичен
станционному.
Установка.В стационарных условиях прибор подвешивают на специальном столбе с
наветренной стороны. Наблюдатель при отсчетах должен подходить с подветренной стороны, то
есть так, чтобы воздух шел от прибора к столбу и наблюдателю. В полевых условиях психрометр
можно подвесить на тонком шесте, закрепленном в почве с помощью трех растяжек, или положить
горизонтально на козлы. При горизонтальном положении психрометр должен быть всегда
одинаково повернут к ветру, а трубки затенены экраном от солнечных лучей. При большом ветре
во время наблюдений на аспиратор надевают с наветренной стороны защиту, которая устраняет
действие ветра на скорость аспирации.
Наблюдения. Аспирационный психрометр выносят на место определения влажности воздуха
зимой за 30 минут, а летом за 15 минут до начала наблюдения. Непосредственно перед наблюдением смачивают батист дистиллированной водой из резиновой груши. Для этого, ослабив зажим,
поднимают воду из грушив стеклянную пипетку до указанной на ней черты и вводят пипетку в
трубку, в которой находится резервуар «смоченного» термометра, на 3—5 секунд. Затем пипетку
выводят из трубки, а воду из нее спускают в грушу. После этого ключомзаводят до отказа
пружину вентилятора. Заводить пружину вентилятора надо осторожно, чтобы не сорвать ее.
Отсчеты берут летом через 4 минуты после смачивания, а зимой через 30 минут. При отсчетах
вентилятор должен работать полным ходом. Поэтому зимой за 4 минуты до отсчетов вентилятор
заводят вторично.
При наблюдениях сначала быстро отсчитывают десятые доли градуса на каждом термометре, а
потом целые градусы.
Вычисление величин влажности воздуха по показаниям аспирационного психрометра
выполняется так же, как и при работе со станционным. Абсолютную влажность (е) определяют по
психрометрической формуле, только для аспирационного психрометра коэффициентА = 0,000662.
Относительная влажность и дефицит влажности воздуха рассчитывают по приведенным выше
формулам, а точку росы определяют по таблице максимальной упругости. Все величины
влажности воздуха могут быть определены по психрометрическим таблицам.
Рисунок 33. Аспирационный психрометр
Волосной гигрометр
Волосной гигрометр (рисунок 34) служит для измерения относительной влажности
воздуха. Приемной частью его является обезжиренный волос, натянутый на
металлическую раму.
Установка. Волосной гигрометр устанавливают в психрометрической будке на
специальном штативе между «сухим» и «смоченным» термометрами (рисунок 16).Перед
работой гигрометра показания его сравнивают споказаниями психрометра.
Отсчеты по гигрометру производятся с точностью до 1%. Для контроля исправности
работы прибора после каждого отсчета стрелку отводят немного влево. Если стрелка
возвращается к первоначальному положению, прибор работает нормально.
Волосной гигрометр — относительный прибор. Поэтому в его показания вводят
поправки, которые обычно получают сравнением показаний гигрометра с показаниями
психрометра. Большей частью волосной гигрометр используют для определения
влажности воздуха при отрицательных температурах, когда психрометры могут давать
значительную погрешность. Так как для определения поправок к гигрометру необходимо
иметь параллельные наблюдения по гигрометру и психрометру, то отсчеты по гигрометру
производят и в теплое время года.
Для получения поправок для волосного гигрометра строят специальный график по
ежедневным отсчетам психрометра и волосного гигрометра.
Для проверки работы волосного гигрометра в зимнее время строят графики поправок
для осенних и весенних месяцев. Совпадение этих поправок свидетельствует о
правильной работе гигрометра.
По данным измерений относительной влажности и температуры воздуха можно
рассчитать абсолютную влажность, дефицит влажности и точку росы.
Определив максимальную упругость (Е) по температуре воздуха t (приложение1
е
таблицы 1 и 2), рассчитывают по формуле абсолютную влажность воздуха: r = Е·100
и по формуле дефицит влажности воздуха: d = Е — е
Точку росы находят в таблице максимальной упругости по величине абсолютной
влажности воздуха.
Рисунок 34. Волосной гигрометр
Гигрограф
Гигрографприменяется для непрерывной регистрации изменений относительной
влажности воздуха. Приемной частью волосного гигрографа (рисунок 35) является пучок
из 30— 40 штук обезжиренных волос.
Установка. Гигрограф устанавливают в одной будке с термографом. Перед работой
прибора барабан заводят до отказа и на него надевают ленту, на обороте которой
отмечают время установки. Перо должно быть установлено на то деление, которое
соответствует фактической относительной влажности воздуха (по психрометру).
Так как гигрограф является прибором относительным, то результаты измерения
влажности воздуха необходимо сравнивать с показаниями психрометра. Для этой цели во
время отсчета психрометра делаются засечки на гигрографе легким подъемом пера.
Обработка ленты гигрографа производится графическим методом один раз в месяц. Для
этого строят график по отсчетам психрометра, и отсчетам, снятым с ленты гигрографа,
аналогично графику поправок для гигрометра. Дальнейшая обработка ленты заключается
в том, что, пользуясь полученным графиком для каждого отсчета по гигрографу, снятого с
ленты, находят соответствующий отсчет по психрометру, который и будет исправленным
отсчетом гигрографа. Отсчеты с ленты гигрографа снимают с точностью до 1%.
Исправленные отсчеты гигрографа заносят в таблицу.
Для летних месяцев составляют графики на каждый месяц, адля обработки записей
зимних месяцев используют графики осенних и весенних сезонов.
Рисунок 35. Гигрограф
Осадкомер Третьякова
Для измерения количества осадков применяются дождемеры, осадкомеры, для
определения интенсивности выпадения осадков — плювиографы и для наблюдений над
снежным покровом — снегомерные рейки и снегомеры.
Осадкомер Третьякова (рисунок 36) применяется для измерения количества осадков,
выпадающих в жидком и твердом виде.
Установка. Осадкомер устанавливают в защищенном от сильных ветров месте.
Одновременно осадкомер должен быть удален от окружающих предметов, чтобы он не
был заслонен при косом дожде.
Наблюдения по осадкомеру ведутся ежедневно четыре раза в сутки. Во время
наблюдений производится смена ведер. Закрытое крышкой ведро выносят из помещения и
устанавливают в кольцевую оправу, а снятое ведро закрывают крышкой и переносят в
помещение. Смена ведер обязательна, даже в те дни, когда осадки не были замечены
наблюдателем.
Содержащиеся в ведре осадки переливают через носик в измерительный стакан. Если
осадки были в виде снега, то их предварительно плавят при комнатной температуре, а
потом только переливают в измерительный стакан, записывают число делений стакана и
количество осадков в миллиметрах. Стакан во время измерений должен стоять
вертикально. Если осадков окажется больше 10 мм, то измерение следует вести частями,
сливая осадки несколько раз в стакан, и каждый раз записывать отсчитанные деления.
Рисунок 36. Осадкомер Третьякова
Почвенный дождемер
Почвенный дождемер (рисунок 37) предназначен для измерения жидких осадков почти
на уровне почвы.
Установка. Почвенный дождемер устанавливают на открытой площадке.
Измерение осадков производится так же, как по осадкомеру. Поступившие в ведро
осадки переливают через носик в измерительный стакан, записывают число делений
стакана и количество осадков в миллиметрах. Измерительный стакан дождемера больше
измерительного стакана осадкомера. Каждое деление его равно 5 см3, или 0,1 мм слоя
воды в дождемере. Такое дождемерное ведро может быть установлено и на высоте 2 м. В
этом случае к нему нужна другая защита. Обычно для этого применяют металлическую
защиту в виде усеченного конуса.
Рисунок 37. Измерительный дождемерный стакан
Осадкомер суммарный
Осадкомер суммарный (рисунок 38) предназначен для измерения количества осадков,
выпавших в течение длительного промежутка времени, например за месяц,
вегетационный период и т. д. Применяется он главным образом для измерения осадков в
отдаленных и труднодоступных длянаблюдений местах.
Установка. Суммарный осадкомер устанавливают на ровной площадке, вдали от
деревьев и зданий, чтобы с них не могли попадать осадки в осадкомер.
Измерение осадков. Люк осадкосборника вскрывают и из сборника выливают осадки в
измерительный стакан. Если осадки были в виде снега или в осадкомере находился лед, то
снег и лед предварительно растаивают и полученную воду переливают в измерительный
стакан. При выливании осадков из осадкосборника нужно следить за тем, чтобы они не
терялись, и были учтены полностью. При подготовке суммарного осадкомера к
дальнейшей работе необходимо очистить его от пыли и грязи и подкрасить те места, где
образовалась ржавчина.
Рисунок 38. Суммарный осадкомер
Плювиограф
Плювиограф (рисунок 39) служит для определения интенсивности осадков и
распределения их во времени. Им можно измерить и общее количество осадков за какойлибо промежуток времени.
Лента плювиографа
Установка
плювиографа.
Прибор
устанавливают на открытой площадке, на
специальном столбе с таким расчетом, чтобы
приемная часть (дождемерное ведро) его
была на высоте 2 м от поверхности почвы.
Кроме того, плювиограф укрепляется
проволочными оттяжками. При установке
необходимо
проверить
по
уровню
горизонтальность верхнего края приемного
сосуда (дождемерного ведра).
Ленту плювиографа меняют ежедневно в 19 часов по местному времени. При смене
лент заводят часовой механизм. На обороте ленты отмечают время установки и снятия
ленты, а также определенное по измерительному стакану количество
осадков,
слитыхсифоном в ведро. В зимнее время плювиограф не применяется, так как вода в сосуде может замерзнуть и повредить прибор.
Обработка плювиограммы. По записи на ленте отмечают время начала и конца дождя,
выписывают количество осадков, выпавших за каждый час, вычисляют сумму
осадков за 24 часа и определяют интенсивность дождя в одну минуту. Для расчета
интенсивности количество осадков делят на число минут, в течение которых они выпадали.
Рисунок 39. Плювиограф
Снегомерные рейки
Так как снежный покров залегает неравномерно по территории, то его измеряют в
нескольких местах. Для этого применяются постоянные и переносные снегомерные
рейки (рисунок 40).
Стационарная снегомерная рейкапредставляет собой деревянный брус длиной около
2 м и шириной не менее 5 см, размеченный на сантиметры и раскрашенный.
Постоянную снегомерную рейку устанавливают с осени до начала снегопадов. В
выбранном месте забивают в землю деревянный заостренный брусок длиной 40— 60 см с
запиленной ступенькой, к этому бруску и привинчивают снегомерную рейку. Обычно
устанавливают две постоянные снегомерные рейки: одну на открытом, вторую на
защищенном участках.
Наблюдения за высотой снежного покрова по постоянным рейкам следует вести с
одного и того же места на расстоянии 5—6 шагов от рейки, чтобы не нарушить состояния
снежного покрова около нее. Так как непосредственно около рейки может образоваться
воронка от ветра, то при отсчетах взгляд должен быть направлен возможно ближе к
поверхности снежного покрова.
Отсчетпо рейке берут в целых сантиметрах.
Переносная, или маршрутная снегомерная рейка применяется для измерения высоты
снежного покрова непосредственно на полях. Маршрутные снегомерные съемки рекомендуется производить один раз в 5 дней. Переносная рейка представляет собой
деревянный брусок длиной 130—180 см, шириной 4 см и толщиной 2 см, изготовленный
из сухого, пропитанного маслом дерева. Нижний конец рейки заострен и обит жестью.
Начало деления совпадает с нижним обрезом наконечника.
При измерении высоты снежного покрова переносную рейку заостренным концом
вертикально опускают в снег до поверхности почвы. После этого снимают с рейки
показания в целых сантиметрах.
Рисунок 40. Снегомерные рейки — переносная и стационарная
Весовой снегомер
Весовой снегомер (рисунок 41) служит для измерения плотности снежного покрова в
полевых условиях.
Наблюдения. Снегомер выносят из помещения за 30 минут до наблюдений. Проверяют
равновесие весов с подвешенным к ним пустым цилиндром. Если показания весов не
совпадают с нулевым делением, то это новое показание записывают и принимают за нулевое. После проверки с цилиндра снимают крышку и погружают его в снег заостренным
краем до тех пор, пока цилиндр не дойдет до почвы. Крышку закрывают и производят
отсчет высоты снежного покрова hпо шкале, нанесенной на цилиндре. По высоте снега
вычисляют его объем, он равен 50 hсм3. Затем с одного бока снегомера лопаткой
отгребают снег и лопатку подсовывают под цилиндр, чтобы закрыть нижнее отверстие. В
таком положении цилиндр вынимают из снега, переворачивают крышкой вниз и подвешивают на крючоквесов за ручку скользящего кольца. Перемещая груз по линейке
весов, уравновешивают их и отсчитывают положение груза на линейке (п).Для
определения веса снега число делений на линейке (п) умножают на 5, т. е. вес снега будет
5 пг. После записи результата взвешивания цилиндр освобождают от снега. При
последующих измерениях необходимо каждый раз определять нулевое положение.
Плотность снежного покрова dопределяется как отношение веса снега к его объему:𝑑 =
5𝑛
𝑛
= 10ℎ
50ℎ
Если высота снежного покрова больше 60 см, то пробу берут 2—3 раза, и тогда
𝑛1 +𝑛2 +𝑛3
плотность рассчитывают по формуле:𝑑 = 10 (ℎ
+ℎ +ℎ )
1
2
3
Рисунок 41. Снегомер
Определение влажности почвы
Основным методом определения влажности почвы в
настоящее время является термостатно – весовой метод. По
этому методу почвенным буром АМ – 16 производится отбор
проб почвы через каждые 10 см глубины, обычно до 100
см. Из нижней трети бурового стакана почву перекладывают в
алюминиевые сушильные стаканчики и закрывают крышками.
После отбора проб стаканчики с почвой доставляют на
станцию и взвешивают с точностью до 0,1 г. Каждый
стаканчик имеет номер, а масса пустого стаканчика записана в
специальном
журнале. На метеорологических
станциях
сушильные стаканчики приведены к одинаковой массе. После
взвешивания стаканчики с открытыми крышками ставят в
термостат, при температуре 100—105 °С пробы почвы
Рисунок 42. Почвенный
бур АМ – 16
высушивают до тех пор, пока масса стаканчиков при
последовательных взвешиваниях начинает различаться не более
чем на 0,1 г.
Обычно продолжительность высушивания супесчаных почв составляет 6 —7 ч,
суглинистых 7—8 ч. Результаты взвешивания записывают, а затем по разности масс
влажной и сухой почвы вычисляют влажность почвы в процентах от массы сухой
(𝑃 −𝑃 )
почвы: 𝑊 = 1𝑃 2 • 100%,
2
где W— влажность почвы ( % ) , Р1 — масса влажной почвы, Р2 — масса пробы почвы
после высушивания.
Описанный метод определения влажности почвыочень трудоемкий, поэтому
разрабатываются различные косвенные способы, основанные на применении
радиоактивных изотопов,
измерении электропроводности почвы, капиллярного
натяжения почвенной влаги и т. д.
Порядок выполнения работы:
Работа выполняется в соответствии с методическими указаниями.
Контрольные вопросы:
1. Какими методами измеряют влажность воздуха?
2. Назовите приборы для измерения количества снега
3. Назовите основной метод для определения почвенной влаги
