Измерение осадков

Атмосферные осадки – вода в жидком или твёрдом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность и какие-либо предметы. Атмосферные осадки, так же как и температура воздуха, относятся к одной из наиболее важных метеорологических величин, являясь основным источником увлажнения суши, и представляются большим числом климатических показателей. Осадки бывают жидкими, твердыми и смешанными.

Наибольшее число показателей приходится на количество осадков, по которому вычисляются все основные статистические характеристики, кроме автокорреляционной функции, которую можно вычислить только для месячного количества осадков, но такая функция используется лишь для специальных исследований в теории климата и малоинтересна для большей части других задач.

В отличие от других метеорологических величин количество осадков не рассматривается по срокам, а только в суточном разрезе. Вычисляются: декадное, месячное, сезонное и годовое среднее, коэффициенты вариации и асимметрии общего количества осадков по месяцам и за год, среднее месячное и годовое количество жидких, твердых и смешанных осадков; среднее, коэффициенты вариации и асимметрии суточного максимума осадков, по месяцам и за год. Поскольку распределения осадков, так же как и ветра, выравниваются с трудом и единой для всей территории или хотя бы для большого района функции подобрать не удается, определяется повторяемость осадков, выраженная в виде среднего числа дней с осадками по градациям их количества.

Продолжительность осадков представляется обычно средним значением по месяцам и за год, а также квантилями различной обеспеченности, получаемыми расчетным способом. Интенсивность осадков характеризуется в климатологическом плане средним значением и повторяемостью различных значений. Главная трудность в расчетах среднего количества осадков состоит в том, что методика их измерения несовершенна и велика их зависимость от окружающей местности. В этом смысле осадки аналогичны ветру.

На метеорологических станциях измерение количества осадков производится осадкомерами (до 1950-х годов использовались дождемеры), а интенсивность жидких осадков измеряется плювиографами. Для больших площадей интенсивность осадков оценивается приближённо с помощью метеорологических радиолокаторов.

При расчете водостоков основное значение имеют жидкие осадки, выпадающие в виде дождей и требующие немедленного отведения. Твердые осадки (снег) дают меньший объем воды при таянии, и ее отведение не связано со временем выпадения этих осадков.

 

Для измерения объема атмосферных осадков, выпавших в виде дождя, применяют приборы, называемые дождемерами. Приборы эти бывают обыкновенные (простые) и самопишущие (автоматические).

Прибор первого вида – металлический открытый сосуд цилиндрической формы в виде ведра площадью 500 см (диаметр 25,2 см). Эти дождемеры устанавливают на столбе высотой 2 м от поверхности земли. Для предотвращения выдувания осадков ветром прибор заключают в конический кожух (рисунок 11).

 

1 – приемный сосуд; 2 – трубка, 3 – барабан; 4 – измерительный цилиндр с поплавком; 5 – сифон; 6 – сосуд

 

Рисунок 11 – Дождемер простой;

Рисунок 12 – Самопишущий;

Рисунок 13 – Запись на ленте типа дождемер плювиографа

 

Для измерения жидких осадков, поступивших в дождемер, их сливают в измерительный градуированный сосуд со шкалой. Дождемерами этого типа измеряют общий объем осадков, выпавших за сутки; объем выпавших осадков за любой промежуток времени получают суммированием суточных объемов. Такие дождемеры весьма просты по своей конструкции, поэтому они получили повсеместное распространение.

Однако данные о среднем объеме осадков за сутки для расчета дождевой канализации недостаточны. Для этого необходимо знать продолжительность отдельных дождей, объем осадков и их распределение за период каждого дождя. Такие данные могут быть получены только с помощью особых приборов, автоматически регистрирующих весь ход выпадения дождей. Наибольшее распространение у нас получил самопишущий дождемер (плювиограф) поплавкового типа (рисунок 12).

Для сбора выпадающих осадков служит приемный сосуд, откуда по трубке осадки поступают в измерительный цилиндр с поплавком, который связан с пером, косающимся бумажной ленты, надетой на барабан, чертит на ней линию. Внутри барабана помещен часовой механизм с суточным заводом, который за сутки поворачивает барабан на один оборот.

 

Для обеспечения непрерывной работы прибора при любом количестве осадков в измерительный цилиндр сбоку вставлен стеклянный сифон. Изгиб сифона соответствует верхнему положению пера на ленте прибора. При наполнении сосуда столб воды достигает уровня сифона, вода из цилиндра автоматически переливается в сосуд 6, и перо опускается вертикально вниз до своего нулевого положения, после чего запись выпадения осадков продолжается тем же порядком.

На разграфленной ленте барабана по горизонтали фиксируется время, а по вертикали – высота слоя выпавшего дождя Н (рисунок 13) Продолжительность дождя оценивается с точностью до 2 мин, а высота слоя выпавших осадков – с точностью до 0,05 мм. При отсутствии осадков перо вычерчивает прямую линию. Высота слоя выпавшего снега определяется простым дождемером. Для этого сосуд дождемера с твердыми осадками вносится в помещение, снег тает, а высота слоя воды, полученной в результате таяния, измеряется.

Плювиограф – прибор для непрерывной регистрации количества, продолжительности и интенсивности выпадающих жидких осадков. Он состоит из приемника и регистрирующей части, заключенной в металлический шкаф высотой 1,3 м. Приемный сосуд сечением 500 кв. см, находящийся в верхней части шкафа, имеет конусообразное дно с несколькими отверстиями для стока воды. Осадки через воронку и сливную трубку попадают в цилиндрическую камеру, в которой помещен полый металлический поплавок. На верхней части вертикального стержня, соединенного с поплавком, укреплена стрелка с насаженным на ее конце пером. Для регистрации осадков рядом с поплавковой камерой на стержне устанавливается барабан с суточным оборотом. На барабан надевается лента, разграфленная таким образом, что промежутки между вертикальными линиями соответствуют 10 мин времени, а между горизонтальными – 0,1 мм осадков. Сбоку поплавковой камеры имеется отверстие с трубкой, в которую вставляется стеклянный сифон с металлическим наконечником, плотно соединенным с трубкой специальной муфтой. При выпадении осадков вода через сливные отверстия, воронку и сливную трубку попадает в поплавковую камеру и поднимает поплавок. Вместе с поплавком поднимается и стержень со стрелкой. При этом перо чертит на ленте кривую (так как одновременно происходит вращение барабана), крутизна которой тем больше, чем больше интенсивность осадков. Когда сумма осадков достигнет 10 мм, уровень воды в сифонной трубке и поплавковой камере становится одинаковым, и происходит самопроизвольный слив воды из камеры через сифон в ведро, стоящее на дне шкафа. При этом перо должно прочертить на ленте вертикальную прямую линию сверху вниз до нулевой отметки ленты. При отсутствии осадков перо чертит горизонтальную линию.

Рисунок 14 – Запись на ленте плювиографа

 

Рисунок 15 – Плювиограф

Осадкомер – прибор для измерение твердых и жидких осадков. Состоит из приемного сосуда, планочной защиты и тагана. Приемный сосуд представляет собой ведро цилиндрической формы площадью 200 см , перегороженное усеченной диафрагмой с отверстием для стока. Для уменьшения испарения осадков из приемного сосуда в летнее время отверстие диафрагмы прикрывается воронкой с небольшими отверстиями в центре. С наружной стороны ведра припаян носик для слива собранных осадков. Защита осадкомера состоит из 16 изогнутых по специальному шаблону пластин. Верхние концы пластин располагаются в одной горизонтальной плоскости с верхним срезом приемного сосуда. Осадки измеряются с помощью специального измерительного стакана, имеющего деления, соответствующие 2 см жидких осадков в приемном сосуде высотой 0 1 мм.

1 – воронка, 2 – диафрагма, 3 – ведро, 4 – колпачок, 5 – носик, 6 – планочная защита, 7 – подставка, 8 – лесенка, 9 – измерительный стакан

 

Рисунок 16 – Осадкомер