Учение об атмосфере / метеор / Часть3

Основываясь на данных за первую половину XX в., Е.П. Борисенков [3] отмечает.* что периоды изверже­ ний вулканов совпадали с повышениями температуры, а О.А. Дроздов [9] придерживается мнения, что вулканиче­ ская активность может способствовать колебаниям климата продолжительностью от нескольких лет до нескольких ты­ сячелетий, но не в состоянии привести к оледенению. Фак­ тор вулканизма мог играть большую роль в период началь­ ной стадии развития Земли, когда вулканическая деятель­ ность была много интенсивнее современной.

Большое влияние на тепловой режим планет оказывает углекислый газ, содержащийся в атмосфере и являющийся мощным фактором парникового эффекта. Поэтому климат очень чувствителен к содержанию углекислого газа в атмо­ сфере. По мнению М.И. Будыко [5, 6], он был главной при­ чиной изменений климата в фанерозое.

По расчетам М.И. Будыко, за последние 600 тыс. лет пе­ риоды повышенного содержания С02 в воздухе хорошо согласуются с периодами теплых эпох, а уменьшенные его концентрации - с эпохами оледенений.

Содержание углекислого газа в атмосфере в естествен­ ных условиях регулируется в результате обмена этим газом между океаном, атмосферой, биосферой и земной корой. Основным хранилищем углекислого газа является Мировой океан, в водах которого в растворенном виде содержится свыше 99 % СОгРастворимость С02 в воде сильно зависит от ее температуры: океан может поглощать или отдавать обратно в атмосферу часть углекислого газа. Раститель­ ность использует углекислый газ в процессе фотосинтеза, а живые организмы выделяют его при дыхании, углекислый газ выделяется при разложении отмирающих организмов. Вулканы выбрасывают С02 в атмосферу во время изверже­ ний, он выделяется также при выветривании известняков.

Сжигая органическое топливо в огромных количествах, человек вмешивается в естественный круговорот углеки­ слого газа и тем способствует потеплению климата.

Известны гипотезы, связывающие изменения климата с дрейфом магнитных полюсов Земли, а также гипотезы, в которых изменения климата рассматриваются как результат автоколебаний климатической системы и прежде всего

взаимодействия океана и льда, обладающих наибольшей инерцией в процессе обмена энергией.

К астрономическим факторам относится также циклич­ ность солнечной активности. Влияние этого фактора на колебания климата выявлено статистически, однако это влияние неоднозначно для различных районов земного шара. Например, в одних регионах отмечались засухи, а в других - увеличение осадков. Не ясен механизм этой свя­ зи. По этому вопросу высказываются лишь предположения. Например, во время повышенной активности Солнца, со­ провождаемой увеличением числа пятен на его диске, от­ мечается уменьшение интенсивности солнечной радиации, что может сказываться на понижении глобальной темпера­ туры Земли, но эти колебания незначительны. Корпуску­ лярные потоки, порождаемые солнечной активностью, проникая в верхние слои атмосферы, нагревают ее, что мо­ жет сказываться на циклонической активности. Было под­ мечено, что с увеличением солнечной активности увеличи­ вается количество перистых облаков - это может привести к некоторому снижению радиационного баланса.

Важным фактором, оказывающим влияние на межгодо­ вые колебания климата, является циркуляция атмосферы. Количество солнечной энергии, поступающей на нашу планету из года в год, практически одинаково, однако в ре­ зультате циркуляции атмосферы происходит перераспреде­ ление этой энергии между отдельными районами, что приводит к аномальным погодным условиям в отдельных районах.

Г л а в а 3

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

ИМЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЙ

3.1.ТРЕБОВАНИЯ К МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИМ ПРИБОРАМ И МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДКЕ

Средства измерений, применяемые для определения значений метеорологических величин, называются метео­ рологическими. Каждый измерительный прибор состоит из нескольких элементов, последовательно преобразующих измеряемую величину в сигнал, воспринимаемый зритель­ но или регистрирующим устройством.

Среда, в которой проводятся метеорологические изме­ рения, характеризуется многими физическими величинами, поэтому измерительный прибор находится под воздействи­ ем не только измеряемой величины, но и других величин, что может повлиять на результат измерений. Устранение побочных влияний достигается введением дополнительных устройств, нейтрализующих эти влияния, или приведением показаний прибора к нормальным, единым для данного ви­ да измерений, условиям.

Метеорологические приборы используются на всей тер­ ритории нашей страны, включая удаленные, труднодоступ­ ные пункты. Поэтому ко всем метеорологическим прибо­ рам, предназначенным для работы в естественных условиях (за небольшим исключением), предъявляются требования безотказной работы во всех климатических зона* (тем­ пература от ~~60 до +50 °С, высокая влажность воздуха, вы­ падение жидких и твердых осадков, наличие тумана, запы-

ленность воздуха, большие ветровые нагрузки). Кроме то-

\го, требуется высокая надежность приборов при длитель-

' ниями образцового измерительного средства. По результа-

\там поверки оформляется поверочное свидетельство, в ко- ! тором даются заключение о пригодности прибора для ис-

;пользования, поправки и переводные коэффициенты.

\Поверка приборов входит в обязанности метрологиче-

\ских подразделений (служба средств измерений - ССИ)

IГидрометслужбы.

JКаждая метеорологическая станция имеет метеорологи- \ ческую площадку для размещения приборов и служебное

гпомещение, расположенное не далее 300 м от площадки.

\Площадка прямоугольная, размером 26 х 26 м, с ориен­

тацией сторон север-юг, восток-запад. Площадки, на кото­ рых проводятся также и актинометрические наблюдения, , имеют размеры 26 х 36 м с ориентацией длинной стороны с

i севера на юг. Место для площадки по физико-географи- ;• ческим характеристикам должно быть типичным для окру-

\жающей местности радиусом 20-30 км с тем, чтобы на-

;щадки до невысоких строений, групп деревьев должно быть не менее ! 0-кратной их высоты, а от сплошного леса и оплошной городской застройки - не менее 20-кратной. •" лощадка должна находиться от оврагов, обрывов на рас- '.: оянии десятков метров, а от уреза воды - не менее 100 м. •~:Q избежание нарушения естественного покрова на метео-

.ющадке разрешается ходить к приборам только по до-

•1жкам. Для определения высотного положения приборов,

вчастности барометра, в районе площадки имеется репер.

Глава 3- МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Для обеспечения единства измерений приборы на пло­ щадке размещаются строго по схеме согласно «Наставле­ нию...». Приборы устанавливаются в определенном поряд­ ке и ориентации по отношению к странам света и на опре­ деленной высоте над поверхностью земли. Ограда площад­ ки и все вспомогательное оборудование (подставки, будки, лестницы, столбы, мачты и т.п.) окрашиваются в белый цвет для предотвращения их чрезмерного нагревания солнечными лучами, что может повлиять' на точность измерений.

3.2.ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

'3.2.1. ПРИНЦИПЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ВИДЫ ТЕРМОМЕТРОВ

На метеорологических станциях измеряют темпера­ туру воздуха, почвы, снега, воды. Для получения сопоста­ вимых численных значений температуры используются температурные шкалы, построение которых основано на реперных (опорных) точках. В большинстве практических шкал реперными точками являются точка таяния льда и точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении.

Первый термометр, изобретение которого приписывает­ ся Галилею (1598 г.), шкалы не имел. Впоследствии в ме­ теорологии получили распространение различные шкалы, которые предложили Фаренгейт (1715 г.), Реомюр (1736 г.), Цельсий (1748 г.), Кельвин (1848 г.).

Градус температурной шкалы Фаренгейта (F) составляет 1/180 интервала между точками таяния льда и кипения во­ ды, которым присвоены значения 32 и 212° соответственно; градус температурной шкалы Реомюра (R) - 1/80 интервала между точками таяния льда и кипения воды, которым присвоены значения соответственно 0 и 80°; градус темпера­ турной шкалы Цельсия (°С) составляет 1/100 интервала между точками таяния льда и кипения воды, которым при­ своены значения соответственно 0 и 100°.

По шкале Кельвина точке плавления льда соответствует температура 273,15 °К. Связь между температурой по шка­ ле Кельвина (Т) и температурой по шкале Цельсия (С) име­ ет вид:

/с = Г-273,15.

В практической метеорологии в нашей стране и боль­ шинстве стран Европы пользуются шкалой Цельсия, а в США, Англии и ряде других стран - шкалой Фаренгейта. Переход от одной шкалы к другой делается по формулам:

>S-|«g-32); <?=f((S* 32).

Шкала Реомюра к настоящему времени вышла из упот­ ребления.

Принцип действия любого термометра основан на зако­ номерной зависимости некоторого выбранного физическо­ го свойства чувствительного элемента от температуры. На метеорологической сети находят применение следующие виды термометров:

1) жидкостные - действие их основано на изменении объема жидкости при изменении температуры;

2) деформационные - действие основано на изменении линейных размеров твердых тел с изменением температуры;

3)электрические:

а) термометры сопротивления - действие основано на изменении электропороводности тел с изменением темпе­ ратуры;

б) термоэлектрические - действие основано на измене­ нии электродвижущей силы при изменении разности тем­ ператур спаев;

в) термотранзисторные термометры - действие основано на зависимости напряжения эмиттер-база транзистора от температуры.

Важными свойствами термометра являются его терми­ ческая инерция и чувствительность. Любой термометр по­ казывает температуру своего чувствительного элемента. При изменении температуры среды помещенный в нее тер­ мометр должен принять температуру этой среды, но на это

требуется определенное время, поэтому происходит отста­ вание показаний термометра от температуры среды, кото­ рое характеризуется коэффициентом инерции термометра.

Коэффициент термической инерции термометра - это время, за которое первоначальная разность температур термометра и среды уменьшается в е раз (е - основание на­ турального логарифма). То есть коэффициент инерции вы­ ражает скорость, с которой показания термометра прибли­ жаются к температуре среды.

Величина коэффициента инерции прямо пропорцио­ нальна массе чувствительного элемента термометра, его удельной теплоемкости и обратно пропорциональна его поверхности и коэффициенту внешнего теплообмена, кото­ рый зависит от теплоемкости, вязкости окружающей среды и ее движения относительно термоприемника. Так, психро­ метрический термометр, имеющий температуру (-10 °С), принесенный в помещение с температурой (20 °С) при ско­ рости вентиляции I м/с, будет показывать температуру воз­ духа с необходимой точностью только через 25 мин.

Чувствительность термометра - это величина одного градуса на шкале термометра в миллиметрах Чувствитель­ ность жидкостных термометров (см ниже) зависит от ко­ эффициента объемного расширения жидкости и термомет­ рического стекла, от объема резервуара и поперечного се­ чения капилляра термометра

Цена деления — это количество градусов, приходящееся на наименьшее деление шкалы термометра

Длина градусного деления на шкале термометра тем больше, чем больше объем резервуара и меньше сечение капилляра Однако при чрезмерно малом сечении капилля­ ра на перемещение в нем жидкости может оказывать влия­ ние сила трения о стенки капилляра, а резервуар большого объема ведет к увеличению термической инерции, и сам может оказывать влияние на температур) окружающей его среды Поэтому при конструировании термометров исходят из компромиссного решения, стремясь получить требуемую чувствительность при допустимой инерции.

Жидкостные термометры. Это наиболее распростра­ ненный тип термометров, применяемых в метеорологии.

Термометр состоит из резервуара, соединенного с ка­ пилляром, противоположный конец которого занаян. Ре­ зервуар с термической жидкостью может иметь форму ци­ линдрическую, шарообразную и др. У большинства термо­ метров шкала нанесена на пластинку из матового стекла, скрепленную с капилляром. Шкала и капилляр заключены в защитную стеклянную оболочку. Так устроен термометр со вставной шкалой. Шкала может быть нанесена и на на­ ружной поверхности толстостенного капилляра (палочный термометр). Объем капилляра над жидкостью может иметь вакуум или заполняться инертным газом.

При изменении температуры изменяется объем жидко­ сти, что сказывается на высоте столбика жидкости в капил­ ляре. Это и позволяет по шкале определять температуру.

Основными свойствами термометрической жидкости, определяющими ее использование в термометрах, являются коэффициент расширения, удельная теплоемкость, тепло­ проводность, способность смачивать стекло. Чем больше коэффициент расширения, тем большую чувствительность можно получить. Чем меньше удельная теплоемкость, тем меньше термическая инерция термометра при той же массе жидкости в резервуаре Снижению инерции способствует также и больший коэффициент теплопроводности. Способ­ ность жидкости смачивать стекло ведет к занижению пока­ заний термометра, так как часть жидкости остается на стенках капилляра

В метеорологических термометрах в качестве термомет­ рической жидкости применяют ртуть, спирт, толуол. Ртуть как термометрическая жидкость имеет ряд достоинств: ма­ лая теплоемкость, большая теплопроводность, отсутствие смачивания стекла Все это позволяе! изготавливать тер­ мометры высокой точности Единственным недостатком ртуш является сравнительно небольшой коэффициент расширения, у спирта и толуола он значительно больше. Кроме того, ртуть обладает высокой температурой кипения (+356,9 ПС), благодаря чему в интервале температур у зем­ ной поверхности не происходит испарения, как у спирта и толуола. Но ртуть замерзает при температуре -38,9 °С. Поэтому при низких температурах приходится пользовать ся спиртовыми и толуоловыми термометрами. Но эти

жидкости, имея сравнительно низкие точки кипения (спирт +78,5 °С, толуол +110,5 °С), мало пригодны для измерения высоких положительных температур. Кроме того, спирт и толуол смачивают стекло, что влияет на точность показа­ ний термометра.

В жидкостных термометрах мы наблюдаем не истинное расширение жидкости, а только кажущееся, которое явля­ ется разностью между расширением жидкости и стекла ка­ пилляра резервуара. Поэтому термометры изготавливают из специального термометрического стекла с небольшим и по возможности стабильным коэффициентом расширения.

К метеорологическим термометрам предъявляются вы­ сокие требования по точности и сохранности градуировочных характеристик. Однако с течением времени вследствие деформаций стекла эти характеристики меняются.

Различают медленные и временные их изменения. При­ чиной первых является медленное (годами) уменьшение деформаций термометра, полученных им при высоких тем­ пературах в процессе его изготовления. Временные измене­ ния возникают от деформаций при кратковременных нагре­ ваниях в процессе его эксплуатации. Эти деформации зату­ хают до исчезновения в течение 15-20 дней.

Для учета этих изменений по определенному регламен­ ту производится поверка термометров в ССИ (Служба средств измерений). Каждый поверенный термометр снаб­ жается поверочным свидетельством, а на самом термометре наносится клеймо о поверке. В поверочном свидетельстве поправки к показаниям термометра даются «При» и «От и до». Поправки «При» даются через каждые Ю °С с точно­ стью до 0,0 i "С, а поправки «От и до» - по отдельным уча­ сткам шкалы, для которых ее принимают постоянной с точностью до 0,1 °С.

При измерении температуры метеорологическими тер­ мометрами отсчеты производят с точностью до 0,1 °С неза­ висимо от цены деления шкалы. При отсчете глаз должен располагаться так, чтобы визирная линия была перпен­ дикулярна капилляру и проходила через верхнюю (ниж­ нюю) точку мениска ртути (спирта). Отсчеты следует де­ лать быстро. В первую очередь отсчитывают десятые доли градуса, а затем целые градусы. Такая последовательность отсчетов уменьшает влияние наблюдателя на термометр.

Для измерения температуры выше -35 "С применяют ртутные термометры, а ниже этой температуры - спиртовые или толуоловые. Измерение температуры выше 25 °С спир­ товыми и толуоловыми термометрами не рекомендуется, так как при более высокой температуре эти жидкости частично испаряются, что ведет к занижению показаний термометра.

Деформационные термометры. В метеорологии в ос­ новном применяются биметаллические деформационные термометры, чувствительным элементом которых является пластинка из двух металлов с различными коэффициентами теплового расширения. Обычно это инвар и сталь. Инвар имеет меньший коэффициент расширения. При повышении температуры пластинка прогнется таким образом, что ин­ вар окажется с вогнутой стороны, а при понижении темпе­ ратуры пластинка прогнется в обратную сторону.

Если один конец биметаллической пластинки закрепить неподвижно, то при изменении температуры ее свободный конец будет перемещаться пропорционально изменению температуры. Поэтому биметаллические термометры име­ ют равномерную шкалу.

Биметаллические чувствительные элементы использу­ ются в термографах, радиозондах и некоторых других при­ борах.

Электрические термометры. В эту группу включены термометры сопротивления, термоэлектрические и термо­ транзисторные.

Термометры сопротивления. Принцип действия этого термометра основан на свойстве материалов менять элек­ трическое сопротивление (проводимость) с изменением тем­ пературы. В качестве первичных преобразователей исполь­ зуют металлические проволочные и полупроводниковые терморезисторы. Для металлических терморезисторов темпе­ ратурная зависимость может быть выражена формулой:

R^Rvil + at),

где J?t - сопротивление проводника при температуре t °C; RQ - сопротивление при 0 °С; а - температурный коэффи­ циент сопротивления металла.

Датчик термометра сопротивления представляет собой тонкую проволоку из чистого металла (медь, платина, ни-

кель), намотанную на каркас и помещенную в герметиче­ ски защищенный кожух (длина 10-20 см, диаметр около 1см).

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы) из­ готавливают из полупроводниковых материалов, обладаю­ щих большим температурным коэффициентом. В отличие от металлов, у термисторов сопротивление с ростом темпе­ ратуры убывает. Температурный коэффициент у термисто­ ров в среднем в 10 раз больше, чем у металлов. Поэтому термометры с полупроводниковыми терморезисторами бо­ лее чувствительными, чем с металлическими. Однако из-за нелинейной зависимости сопротивления от температуры полупроводниковый термометр имеет неравномерную шкалу. Кроме того, связь между сопротивлением и темпе­ ратурой не стабильна. В настоящее время эти термометры применяют для массовых измерений, не требующих высо­ кой точности (с точностью до 1 °С).

Измерение температуры с помощью термометров со­ противления сводится к измерению сопротивления, для че­ го используются уравновешенные или неуравновешенные мосты. В первом случае градуировка реохорда выполнена в градусах, во втором - оцифрована в градусах шкала гальва­ нометра.

В метеорологии термометры сопротивления находят применение при дистанционных измерениях температуры воздуха, почвы. Длина кабеля до 120 м и более.

Термоэлектрические термометры. В этих термометрах используется термоэлектрический эффект, состоящий в том, что в замкнутой цепи из двух разнородных металлов, по концам соединенных между собой (места соединений называются спаями), возникает электродвижущая сила, пропорциональная разности температур спаев. Сила тока измеряется чувствительным гальванометром.

В метеорологии термоэлектрические термометры ис­ пользуются для измерения градиентов температуры, а так­ же для измерения температуры воздуха, почвы и воды. В случае измерения температуры «холодный спай» поддер­ живается при постоянной температуре или его температура должна измеряться вспомогательным термометром.

Термоэлектрический принцип находит применение и в ряде других приборов, например в актинометрических.

Термометры с термоэлементами в некоторых случаях имеют преимущества перед другими термометрами, осо­ бенно при измерении разности температур. Они могут обеспечить измерение во всем диапазоне температур, встречающихся в метеорологии. Им не требуется источник питания. Их существенным недостатком является малая чувствительность.

Термотранзисторные термометры. Термотранзисто­ рами называют транзисторы, применяемые в качестве пер­ вичных преобразователей температуры. Температура опре­ деляется по напряжению эмиттер-база. Могут применяться при температуре от-70 °С до +200 С. Термотранзисторы обладают стабильностью, линейностью, высокой чувстви­ тельностью.

3.2.2. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА

Термометр психрометрический ртутный метео­ рологический ТМ-4. Предназначен для измерения темпера­ туры воздуха, а также используется в психрометре для оп­ ределения влажности воздуха (отсюда и его название «пси­ хрометрический»). Это ртутный термометр со вставной шкалой (рис. 3.1), длина термометра 410 мм, диаметр 17 мм, резервуар шарообразный диаметром 9-12 мм, капилляр круглый с наружным диаметром 2,5 мм. Про­ странство над ртутью заполнено азотом. Для установки термометра в штативе на верхнем конце стеклянной обо­ лочки имеется металлический колпачок. Числовые отметки шкалы нанесены через 5 "С. Пределы измерений: от --35 до, +40 °С или от -25 до +50 °С, цена деления шкалы 0,2 °С. Погрешность измерения: при температуре от 0 до +50 °С не более ±0,2 "С, при температуре от 0 до -35 °С не более ±0,4°С. Коэффициент инерции в малоподвижном воздухе составляет около 300 с.

Это термометр со вставной шкалой длиной 340 мм, диа­ метром 18 мм. Резервуар цилиндрической формы диамет­ ром около 8 мм. В капилляре над ртутью создан вакуум. Пределы измерений от -35 до +50 "С или от -20 до +70 °С. Цена деления 0,5 °С. Погрешность измерения: при темпе­ ратуре от -10 до +50 °С не более ±0,4 °С; при температуре -30°Снеболее±0,8°С.

Показания максимальных значений температуры этим термометром сохраняются с помощью стеклянного штифта, прикрепленного ко дну резервуара, и вакуума в капилляре над ртутью. При повышении температуры избыток ртути вытесняется из резервуара в капилляр через узкое коль­ цевое отверстие между штифтом и стенками капилляра и остается там при понижении температуры, поскольку мо­ лекулярных сил сцепления ртути недостаточно для преодо­ ления сопротивления в месте сужения. Таким образом, по­ ложение верхнего конца столбика ртути в капилляре отно­ сительно шкалы соответствует максимальной температуре.

Для подготовки максимального термометра к следую­ щему измерению его берут за середину и, держа резервуа­ ром вниз, делают несколько резких взмахов рукой, встря­ хивая термометр так, чтобы перегнать часть ртути из ка­ пилляра в резервуар. После этого показания термометра не должны отличаться от показаний психрометрического тер­ мометра более чем на 0,2 °С. Затем термометр укладывают на место с небольшим наклоном в сторону резервуара (ре­ зервуар на 1-2 см ниже противоположного конца).

Термометр спиртовый метеорологический мини­ мальный ТМ-2 (рис. 3.3). Предназначен для определения минимальной температуры за какой-либо промежуток вре­ мени (на метеостанциях за промежуток времени между сроками наблюдений). Это термометр со вставной шкалой, длиной 340 мм, диаметром 19 мм. Резервуар цилиндриче­ ский диаметром 7-10 мм. Пределы измерений от -75 до +21 °С; от -61 до +31 °С; от -51 до +31 °С; от -41 до •+41 °С. Цена деления шкалы 0,5 °С. Погрешность измере­ ния: при температуре +40 до -20 °С не более ±0,5 °С; при температуре ниже -60 "С не более ± 2,0 °С.

Рис. 3.3. Термометр спиртоаый минимальный ТМ-2:

/ - капилляр, 2 - штифт, 3 - мениск спирта

Термометрическая жидкость - спирт. Внутри спирта в капилляре находится небольшой штифт из темного стекла, имеющий на своих концах утолщение в форме булавочных головок. Штифт может свободно перемещаться в спирте.

Подготавливая минимальный термометр к измерениям, его наклоняют резервуаром кверху и ждут, пока штифт дойдет до мениска спирта в капилляре. Затем термометр кладут горизонтально. При понижении температуры по­ верхностная пленка спирта будет увлекать штифт в сторону резервуара, так как сила трения головок штифта о стенки капилляра меньше силы поверхностного натяжения пленки. При повышении температуры спирт, расширяясь, будет обтекать штифт, не сдвигая его с места. Сила трения голо­ вок о стенки капилляра удерживает его на месте. Таким образом, дальний от резервуара конец штифта укажет ми­ нимальную температуру.

Термометр-пращ ртутный метеорологический ТМ-8

(рис. 3.4). Предназначен для измерения температуры воз­ духа при метеорологических наблюдениях. Термометр па­ лочного типа, представляющий собой толстостенный ка­ пилляр с расширенным концом, переходящим в резервуар. Шкала нанесена на наружной поверхности капилляра. Дли­ на термометра 190 мм, диаметр 8 мм. Интервал измерений: от -30 до +50 °С; от -35 до +40 °С. Цена деления шкалы 1 °С. Погрешность измерений: при температуре от -30 до +50 °С не болеет ± 0,5 °С; при температуре -30 °С не более ±0,8 °С.

Рис. 3.4. Термометр-пращ ТМ-8: 1 - термометр; 2 - шнур

К шарику на конце термометра крепится шнур длиной около 0,5 м с петлей на конце. Надев петлю на указатель­ ный палец, вращают термометр над головой в горизонталь­ ной плоскости со скоростью не более одного-двух оборотов в секунду. После 100 оборотов берут отсчет, не касаясь термометра руками и повернувшись спиной к Солнцу, а затем продолжают вращение и заканчивают его после дос­ тижения сходимости отсчетов в пределах 0,2-0,3 °С.

Термограф метеорологический M-I6 (рис. 3.5). Пред­ назначен для непрерывной регистрации изменений темпе­ ратуры воздуха в пределах от --45 до +55 °С, погрешность измерения ±1 °С.

Рис. 3.5. Термограф М-16:

а • внешний вид; 6 - механизм: / - перо; 2 - плата; Ъ - ось барабана; 4 - неподвижная шестерня; 5 - стрелка; 6 - кронштейн; 7 • установоч­ ный винт; 8 - биметаллическая пластинка; 9 •- кнопка отметки времени;

10 - барабан с часовым механизмом

Прибор состоит из чувствительного элемента - биме­ таллической пластинки, передаточного механизма, регист­ рирующей части и корпуса.

Температурные деформации биметаллической пластин­ ки через систему рычагов передаются на стрелку, на конце которой имеется перо в виде небольшой пирамидки, запол-

няемой специальными чернилами и вершиной обращенной к диаграммной ленте, закрепленной на барабане. Весь ме­ ханизм смонтирован на металлической плате, на которой укреплена ось с неподвижной шестерней. Вращение бара­ бана происходит в результате обкатывания маленькой шес­ терни, приводимой в движение пружиной часового меха­ низма, по шестерне, закрепленной неподвижно на плате. Диаграммная лента крепится на барабане с помощью зажимной пружины (рис. 3.6, я).

Рис. 3.6. Барабан с часовым механизмом:

a - внешний вид: / - заводной ключ; 2 - корпус барабана; 3 - зажимная пружина; б разрез: / - заводной ключ; 2 - барабан; 3 - неподвижная

Часовые механизмы выпускаются суточные с продол­ жительностью одного оборота барабана 26 ч, и недельные с продолжительностью одного оборота 176 ч.

3.2. Измерение температуры

Диаграммная лента разделена но вертикали гори­ зонтальными параллельными линиями с ценой деления t °C, а по горизонтали - вертикальными дугообразными линиями с ценой деления 15 мин для суточного термографа и 2 ч для недельного. Прибор имеет приспособление, с по­ мощью которого на диаграммной ленте пером стрелки можно делать отметки (засечки) времени записи, не откры­ вая корпуса прибора. Отметки наносятся нажатием кнопки. Начальная установка пера стрелки на требуемое деление диаграммной ленты осуществляется вращением установоч­ ного винта (см. рис. 3.5, о).

3.2.3. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЕЯТЕЛЬНОГО СЛОЯ

Измерение температуры поверхности почвы, снежного покрова и определение их состояния. Поверх­ ность почвы и снежного покрова является подстилающей поверхностью, которая непосредственно взаимодействует с атмосферой, поглощает солнечную и атмосферную радиа­ цию и сама излучает в атмосферу, участвует в тепло- н влагообмене и оказывает влияние на термический режим ни­ жележащих слоев почвы.

Для измерения температуры почвы и снежного покрова в сроки наблюдений используется термометр ртутный ме­ теорологический ТМ-3 с пределами шкал от -10 до +85 °С; от -25 до +70 °С; от -35 до +60 "С, с ценой деления шкалы 0,5 °С. Погрешность измерения при температурах выще -20 "С составляет ±0,5 аС, при более низких температурах ±0,7 °С. Для определения экстремальных температур меж­ ду сроками используются термометры максимальный ТМ-1 и минимальный ТМ-2 (такие же, как для определения тем­ пературы воздуха в психрометрической будке).

Измерения температуры поверхности почвы и снежного покрова производятся на незатененном участке размером 4 х 6 м в южной части метеорологической площадки. Летом измерения производятся на оголенной, разрыхленной поч­ ве, для чего весной участок перекапывается.

Термометры укладываются резервуарами к востоку на расстоянии 5-6 см друг от друга: первый с севера - сроч­ ный, затем - минимальный и за ним - максимальный. Сроч­ ный и минимальный термометры находятся строго в горизонтальном положении, а максимальный - имеет не­ большой наклон в сторону резервуара. В теплое время года резервуар и защитная оболочка термометров (по диаметру) должны быть наполовину погруженными в почву, а при наличии снежного покрова - в снег. Отсчеты по термомет­ рам берут с точностью до 0,1 °С. Порядок взятия отсчетов и подготовка минимального и максимального термометров такие же, как и при измерении температуры воздуха.

Состояние почвы и снежного покрова оцениваются визу­ ально. Измерение температуры и наблюдение за состоянием подстилающей поверхности ведутся в течение всего года.

Следует отметить, что применяемая иа метеорологиче­ ских станциях методика измерения температуры поверхно­ сти почвы и снежного покрова является несовершенной, так как полученные результаты не отражают фактическую температуру поверхности почвы и снежного покрова.

Измерение температуры в верхнем слое почвы. Для измерения температуры в верхнем слое почвы применяют термометры ртутные метеорологические коленчатые (Са­ винова) ТМ-5, которые выпускаются комплектом по четыре термометра для измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15, 20 см. Пределы измерения от -10 до +50 °С, цена деления шкалы 0,5 °С, погрешность измерения ± 0,5 °С. Резервуары цилиндрические. Термометры изогнуты под углом 135° в местах, отстоящих от резервуара на 2-3 см. Это позволяет устанавливать термометры так, чтобы резер­ вуар и часть термометра до изгиба находились в горизон­ тальном положении под слоем почвы, а часть термометра со шкалой располагалась над почвой (рис. 3.7).

Капилляр на участке от резервуара до начала шкалы по­ крыт теплоизоляционной оболочкой, что уменьшает влия­ ние на показания термометра слоя почвы, лежащего над его резервуаром, обеспечивает более точное измерение темпе­ ратуры на глубине, где находится резервуар.

Рис. 3.7. Установка коленчатых термометров в почву

Наблюдения по термометрам Савинова производят на той же площадке, где устанавливаются термометры для из­ мерения температуры поверхности почвы, в единые сроки и только в теплую часть года. При понижении температуры на глубине 5 см ниже 0 °С термометры выкапывают, весной устанавливают после схода снежного покрова.

Отсчеты по коленчатым термометрам и по термометрам для измерения температуры на поверхности почвы произ­ водят с откидного реечного настила, который после окон­ чания наблюдений убирается.

Измерение температуры почвы и грунта на глубинах под естественным покровом. Для измерения температуры почвы применяется термометр ртутный метеорологический почвенно-глубинный ТМ-10. Его длина 360 мм, диаметр 16 мм, верхний предел шкалы от + 31 до +41 °С, а нижний - от -10 до -20 °С. Цена деления шкалы 0,2 °С, погрешность измерения при плюсовых температурах ±0,2 ° С, при отри­ цательных ±0,3 °С.

Термометр помещается в винипластовую оправу, снизу заканчивающуюся медным или латунным колпачком, за­ полненным вокруг резервуара термометра медными опил-