wyk ad 7 pomiary opad w oraz parowania n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Wykład 7 Pomiary opadów oraz parowania PowerPoint Presentation
Download Presentation
Wykład 7 Pomiary opadów oraz parowania

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 41

Wykład 7 Pomiary opadów oraz parowania - PowerPoint PPT Presentation


  • 261 Views
  • Uploaded on

Wykład 7 Pomiary opadów oraz parowania. Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl. Opad atmosferyczny , docierający do powierzchni ziemi, określany jest jako płynny lub stały produkt kondensacji pary wodnej wypadający z chmur lub osadzany z powietrza na gruncie. Głównymi rodzajami opadów są:

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Wykład 7 Pomiary opadów oraz parowania' - zinnia


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
wyk ad 7 pomiary opad w oraz parowania

Wykład 7Pomiary opadów oraz parowania

Krzysztof Markowicz

kmark@igf.fuw.edu.pl

slide2
Opad atmosferyczny, docierający do powierzchni ziemi, określany jest jako płynny lub stały produkt kondensacji pary wodnej wypadający z chmur lub osadzany z powietrza na gruncie.
  • Głównymi rodzajami opadów są:
    • Deszcz
    • Mżawka
    • Śnieg
    • Krupy śnieżne
    • Śnieg ziarnisty
    • Grad
    • Słupki lodowe
  • Ze względu na czas trwania, opady dzielimy na:
    • ciągłe
    • przelotne
slide3
Opady atmosferyczne opisuje się, podając ich rodzaj oraz charakter.
  • Wysokość opadu, którą wyraża się w milimetrach, oznacza grubość warstwy wody, jaka utworzyłaby się na powierzchni Ziemi, gdyby woda pochodząca z opadu nie spływała, nie wsiąkała i nie parowała.
  • Natężenie opadu określa się jako szybkość z jaką wysokość opadu narastałby na powierzchni poziomej, gdyby uniemożliwić wodzie odpływ , wsiąkanie i parowanie.
  • Opad atmosferyczny jest parametrem o dużej zmienności przestrzenne i czasowej dlatego obserwacje opadów obarczone są:

systematycznymi i przypadkowymi błędami metody pomiaru punktowego

błędami wynikającymi z metod uśredniania pomiarów punktowych lub ekstrapolacji na tym obszarze

błędami z powodu zmienności przestrzennej i czasowej opadu.

wymagania wmo dotycz ce dok adno ci pomiar w
Wymagania WMO dotyczące dokładności pomiarów
  • Suma opadu mierzona miedzy 2 obserwacjami:

0.1 mm do 10 mm i 2% powyżej (na potrzeby klimatologii)

0.2 mm do 5 mm i 2% powyżej (na potrzeby meteo. synoptycznej)

  • Natężenie opadu: 0.5 mm/h do 25 mm/h, 2% dla wyższych natężeń (średnia 1 minutowa na potrzeby klimatologii),

0.02 mm/h do 2 mm/h, 0.2 mm/h dla natężeń od 2-10 mm/h i 2% dla wyższych natężeń (średnia 10 minutowa na potrzeby meteorologii synoptycznej)

slide5
Grubość pokrywy śnieżnej: 1 cm (średnia z kilku pomiarów dla potrzeb klimatologii), 1 cm po niżej 20 cm i 5% powyżej (dla potrzeb meteorologii synoptycznej)
  • Gęstość śniegu:  0.01 g/cm3.
  • Wodny równoważnik śniegu: 2 mm do 20 mm i 10% powyżej.
naziemne metody pomiaru opad w
Naziemne metody pomiaru opadów
  • Wysokość opadu (metody standardowe):

Standardowy deszczomierz dobowy

Deszczomierz jamowy

Totalizator

Pluwiograf pływakowy

Pluwiograf kroplowy

Pluwiograf komoro-zaworowy

  • Wysokość opadu (metody specjalne):

Deszczomierz stokowy

Wektopluwiometr

Mikropluwiometr

mikrolimnimetr

metody objętościowe

slide7
Wysokość opadu (metody wagowe):

Pluwiograf wagowy

Pluwiometr korytkowo-wywrotny

Lizymetr (pomiary specjalne)

  • Natężenie opadu (metody objętościowe):

Pluwiograf pływakowy

Pluwiograf kroplowy

Pluwiograf komorowo-zaporowy

Radar meteorologiczny

  • Natężenie opadu (metody wagowe):

Pluwiograf wagowy

Pluwiometr korytkowo-wywrotny

  • Natężenie opadu (metody optyczne):

analizator widma kropel

slide9
Totalizator – służy do pomiaru sum opadów przez okres miesiąca czy roku w odległych i najczęściej niedostępnych miejscach.
  • Deszczomierz jamowy – jest deszczomierzem standardowym umieszczonym w dole o odpowiednich rozmiarach tak aby poziom wlotu deszczomierza był na poziomie powierzchni gruntu. Używany jest jako przyrząd wzorcowy we wszystkich międzynarodowych programach kalibracyjnych.
  • Deszczomierz stokowy – deszczomierz o powierzchni wlotowej równoległej do nachylenia zbocza.
  • Wektopluwiometr i oktopluwiometr – składa się ze sztandarowego deszczomierza o poziomej płaszczyźnie recepcyjnej oraz deszczomierza o pionowej płaszczyźnie wlotowej oraz steru kierunkowego (wiatrowskazu) ustawiającego płaszczyznę pionowa deszczomierza pod wiatr. Dane z tego przyrządu dają informacje o kierunku z którego występują opady i o kącie padania kropel deszczu
deszczomierze rejestruj ce
Deszczomierze rejestrujące
  • Pluwiograf pływakowy – przyrząd mechaniczny rejestrujący wysokość opadu w funkcji czasu za pomocą układu zegarowego. Opad gromadzi się w komorze o pojemności równoważnej wysokości opadu 10 mm, zaś poziom wody rejestrowany jest za pomocą mikrolimnimetru pływakowego.
  • Pluwiometr kropelkowy – elektroniczny przyrząd do pomiaru natężenia opadu. Opad przechwytywany jest za pomocą standardowego kolektora opadów spływa do urządzenia, które formuje krople o jednakowej objętości. Liczba kropel zliczana w jednostce czasu jest miara natężenia opadu. Krople zliczane są przed jeden z mechanizmów:
  • Odpowiednio czułym mechanizmem z korytkiem wywrotowym i czujnikiem impulsów
  • Czujnika konduktometrycznego, którego elektrody zwierane są każdorazowo przez spadają krople
  • Licznika fotoelektrycznego kropel
slide12
Pluwiometr korytkowo-zaporowy – opad gromadzi się w komorze, w której po napełnieniu następuje otwarcie zaworu spustowego zamkniecie dopływu opadu. Układ elektroniczny rejestruje to zdarzenie i pozwala wyznaczyć natężenie opadu.
  • Pluwiograf wagowy – układ elektroniczny rejestruje ciężar opadu przy pomocy czujników tensometrycznych. Opróżnianie zbiornika odbywa się ręcznie lub za pomocą lewara
  • Pluwiometr korytkowo-wywrotowy – układ składa się z ruchomego korytka złożonego z dwóch identycznych komór. Po napełnieniu jednej z nich określona ilością opadu następuje przeważenie i napełniana jest druga z komór. Układ elektroniczny rejestruje każde z tych zdarzeń (np. za pomocą np. kontaktronu)
r d a b d w deszczomierz w
Źródła błędów deszczomierzów

1.Czynniki Instrumentalne

2. Czynniki pogodotwórcze

  • Błędy systematyczny wywołane wiatrem
  • Błędy systematyczny wywołane zwilżaniem
  • Błędy systematyczny wywołane parowaniem
  • Błędy systematyczny wywołane bryzgami (odbiciami kropel deszczu o podłoże)
  • Błędy ekspozycyjne deszczomierzy
  • Błędy w ocenie obszarowej opadu
metody optyczne
Metody optyczne

Obecnie coraz szerzej stosowane są metody optyczne. Analiza widmowa promieniowania rozproszonego na kroplach pozwala na szacowanie ich wielkości oraz koncentracji.

Przyrządy tego typu noszą nazwę analizatorów widma kropel

Wielkości produktów kondensacji

1 m – jądra kondensacji

10 m - typowa kropla chmurowa

50 m - duża kropla chmurowa

100 m - mżawka

1 mm - typowa kropla deszczu

distrometr
Distrometr
  • Przyrząd do pomiaru wielkości kropel deszczu oraz prędkości ich opadania.
  • Istnieje wiele odmian distrometrów o zasadzie działania opartej miedzy innymi na:
  • Pomiarach optycznych (analiza obrazu oraz pomiar zmiany transmisji promieniowania)
  • Pomiarach akustycznych (detektorem jest czuła błona rozpostarta nad mikrofonem)
  • Pomiarach energii kinetycznej opadających kropel (detektor jest czuła waga elektroniczna)
distrometr optyczny
Distrometr Optyczny

An Optical Disdrometer for Measuring Size and Velocity of Hydrometeors

Journal of Atmospheric and Oceanic Technology: Vol. 17, No. 2, pp. 130–139.

slide22
Wiązka światła emitowanego przez diodę laserowa (780 nm, moc 3 mW) ma wymiary: 30 mm x 1 mm oraz 160 mm długości.
  • Detektorem jest pojedyncza fotodioda
  • Przy braku kropel napięcie wyjściowe wynosi 5V. Hydrometeory przesuwające się w obszarze wiązki powodują redukcje sygnału w skutek procesów ekstynkcji
  • Napięcie spada proporcjonalnie do obszaru światła blokowanego przez krople (przyrząd działa w obszarze rozpraszania geometrycznego)
  • Długość trwania zaburzenia sygnału pozwala oszacować prędkość opadania cząstki
  • Układ optyczny przewidziany jest na pomiar ekstynkcji w czasie większym od 2 ms. Np. dla płatków śniegu czas ten jest dłuższy
  • Rozmiar cząstek jest wyznaczany na podstawie maksymalnej redukcji sygnału. Zakłada się przy tym, że cząstki są sferyczne. Dla płatków śniegu założenie to jest często błędne jednak w tym przypadku stosuje się analizę po zespole statystycznym rejestrowanym w czasie 60 s, która daje pełniejszą informacje o wielkości płatków śniegu.
metody zdalne radary
Metody zdalne-Radary
  • Radary pozwalają na obserwacje opadów , jednak ze względu na trudności interpretacyjne sygnału odbitego (tzw. odbiciowości) nie istnieją „skuteczne metody” na obliczanie wysokości opadów na podstawie pomiarów radarowych.
  • Odbiciowość Z r6
  • Więcej o radarach będzie w dalszej części wykładu
wst p
Wstęp
  • Parowanie
  • Transpiracja – parowanie z roślin
  • Ewapotranspiracja – sumaryczne parowanie z wody, gleby i roślin.
  • Parowanie zależy od następujących czynników
  • Ilości dostarczanego ociepla (głównie przez promieniowanie)
  • Gradientu prężności pary wodnej pomiędzy powierzchnia parującą a otoczeniem
  • Temperatury powierzchni parującej
  • Prędkości wiatru tuż nad powierzchnią
  • Powierzchni parującej
  • Ciśnienia atmosferycznego
  • Stanu powierzchni parującej
slide25

Parowanie potencjalne (zdolnośćewaporacyjnaatmosfery)

  • Parowanie rzeczywiste, na które składa się parowanie z powierzchni wody, gruntu i z roślinności
parowanie
Parowanie

q wilgotność właściwa

kv =2 10-5 m2/s

Natężenie parowania 

D –niedosyt wilgotności względem temp. wody. Na stacjach mierzony jest względem temp. powietrza

Wzór Daltona

v prędkość wiatru na 10 metrach

slide27
Ponadto na wielkość parowania mają wpływ:
  • Rodzaj wegetacji
  • Głębokość gleby objętej systemem korzeniowym roślin
  • Całkowita powierzchnia ulistnienia i porów.
  • Natężenie parowania jest definiowane jako suma strat wody wyparowanej w jednostce powierzchni w jednostce czasu.
  • Wymagania stawiane przez WMO

Dokładność pomiaru parowania: 0.1 mm do 5 mm i 2% dla większych ilości (dla potrzeb klimatologii)

0.5 mm (suma dobowa) (dla potrzeb hydrologii)

przyrz dy do pomiaru parowania
Przyrządy do pomiaru parowania
  • Atmometry – przyrządy wykorzystują sztuczne porowate powierzchnie, które są zwilżane w celu określenia parowania. Parowanie określa się metodą wagową.
  • Ewaporometry – sztuczne zbiorniki wody o powierzchni swobodnej, o różnych powierzchnia czynnych i rożnej ekspozycji. Parowanie okresie się przez pomiar różnicy poziomu wody
  • Ewapotranspirometry – sztuczne, zagłębione zbiorniki oddzielone od otoczenia, wypełnione woda i posiadające tę samą pokrywę rośliną jak obszary otaczające. Natężenie ewapotranspiracji mierzone jest za pomocą rejestracji zmian ciężaru zbiornika
  • Lizymetry – urządzenie do przechwytywania wody opadowej infiltrującej w głąb przez otwory na jej powierzchni oraz do wyznaczania potencjalnego natężenia ewapotranspiracji jako różnicy zmierzonych objętości opadu oraz odpływu podziemnego.
ewaporometry
Ewaporometry
  • Ewaporometr Piche'a
  • Ewaporometr Wilda
atmometry
Atmometry
  • Atmometr Piche’a

Głównym elementem jest szklana rurka o długości 22.5 cm zakończona bibuła o powierzchni S=13.8 cm2 z której paruje woda.

Pomimo swojej prostoty przyrząd ma swoje wady i braki. Na wskazania maja znaczny wpływ:

  • Zmiany powierzchni parującej na skutek osadzania się kurzu
  • Fluktuacje prędkości przepływu powietrza w klatce meteorologicznej
  • Jakość bibuły filtracyjnej
  • Zmiany rozmiarów bibuły
  • Strata wody z powodu kapania
ewaporometry1
Ewaporometry
  • Wilda – zbiornik o powierzchni S=200 cm2 umieszczony na wadze. Przyrząd nie jest obecnie już używany
  • Używane zbiorniki ewaporometryczne:
  • Amerykański klasy A (średnica 1.21 m, głębokość 25.5 cm)
  • GGI 3000 (średnica 61.8 cm, głębokość około 60 cm)

Są one umieszczane w dwojaki sposób:

  • W gruncie tak, że powierzchnia wody znajduje się blisko powierzchni gruntu
  • Ponad gruntem, gdy całe urządzenie i powierzchnia parująca znajdują się na niewielkiej wysokości ponad gruntem

Poziom wody mierzy się za pomocą wodowskazu. Wodę uzupełnia się aby poziom nie zmieniał się więcej niż o 5-10 mm

ewaporometry rejestruj ce
Ewaporometry rejestrujące
  • Istnieje kilka automatycznych ewaporometrów. Najczęściej poziom wody otrzymywany jest na stałym poziomie. Regulowany jest przez system zaworów a za pomocą mikrolimnigrafu pływakowego rejestruje się ilość dolewanej lub spuszczanej wody.
  • Główna wada jest niewystarczająca dokładność pracy obu zaworów.
  • Innym przykładem jest przyrząd hydroakustyczny w którym zmiany wody wywołane parowaniem i opadami mierzone są za pomocą precyzyjnego hydroakustycznego miernika poziomu wody.
ewapotranspirometry
Ewapotranspirometry
  • Lizymetr glebowy- składa się z wagi na której znajduje się grunt o grubości 1 metra. Znając ilość wody dostarczonej glebie przez opady atmosferyczne można wyznaczyć wielkość parowania powierzchni gleby, także transpiracji wody przez rośliny.
r d a b d w pomiar w ewaporometrycznych
Źródła błędów pomiarów ewaporometrycznych
  • Kształt powierzchni parującej (parowanie z powierzchni eliptycznej jest większe niż z powierzchni kolistej)
  • Ekspozycja powierzchni parującej (ze względu na osłonięcie od wiatru)
  • Wielkość zbiornika – „efekt krawędziowy” – parowanie z obszarów bliskich krawędzi jest większe w porównaniu z inna częścią zbiornika (efekt turbulencyjny)
  • Barwa ścian i dna zbiornika
  • Ubytki wody z zbiorniku spowodowane przez ptaki, owady itd.
  • Uwzględniony niepoprawnie opad
  • Zmiany temperatury wody (rozszerzalność temp. wody)
  • Zanieczyszczenia powierzchni
  • Poziom wody w zbiorniku
pomiary pokrywy nie nej
Pomiary pokrywy śnieżnej

1. Pomiary grubości pokrywy śnieżnej

  • Śniegowskaz przenośny
  • Śniegowskaz stały
  • Śniegowskaz ultradźwiękowy

2. Pomiary równoważnika wodnego

  • Płyta śniegowa
  • Śniegomierz wagowy
  • Śniegomierz objętościowy

3. Pomiary zasobów wody w pokrywie śnieżnej

  • Śniegomierz ciśnieniowy
  • Śniegomierz radioizotopowy
wymogi wmo
Wymogi WMO
  • Grubość pokrywy śnieżnej mierzy się z dokładnością do 1 cm)
  • Gęstości śniegu wyznacza się z dokładnością 0.01 g/cm3 . Zmienia się ona w przedziale od 0.03 do 0.4 g/cm3.
  • Wodny równoważnik śniegu wyznaczany jest z dokładnością do 0.1 mm/cm.
slide37
Śniegowskaz - to prosty przyrząd w kształcie miarki umieszczonej w glebie lub przenośny.
  • Płyta śniegowa do pomiaru wodnego równoważnika śniegu. Składa się z dysku o średnicy 35.7 cm oraz umieszczonego po środku pręta. Ustawia się ją na powierzchni śniegu (lub gleby). Po opadach mocuje się na niej metalowy kołnierz i wydobywa ze śniegu. Następnie topi śnieg i mierzy objętość wody.
  • Śniegomierz objętościowy – służy do pobierania prób śniegu o określonej objętości: 100 lub 200 cm3
  • Śniegomierz wagowy służy do pomiaru gęstości lub wodnego równoważnika śniegu za pomocą specjalnej sondy. Wielkości te wyznacza się w wyniku pomiaru grubości pokrywy śnieżnej oraz ciężaru próbki.
niegomierz ultrad wi kowy
Śniegomierz ultradźwiękowy
  • Przyrząd składa się z nadajnika i odbiornika umieszczonego na pewnej wysokości nad gruntem.
  • Głośnik emituje fale dźwiękowa o częstości około 40 kHz która jest odbijana od powierzchni śniegu i dociera do odbiornika
  • Czas po jakim fala dociera do odbiornika jest proporcjonalny do odległości pomiędzy powierzchnia śniegu a odbiornikiem/nadajnikiem.
  • Jest to metoda zdalna analogiczna do pomiarów radarowych wysokości poziomu oceanu z wysokości orbit satelitów polarnych
  • Dokładność przyrządów wynosi około 1 cm przy temperaturach -40 do 25 C
b dy niegowskaz w ultrad wi kowych
Błędy śniegowskazów ultradźwiękowych
  • Rozpraszanie i tłumienie fali akustycznej w czasie opadów śniegu
  • Struktura śniegu na powierzchni
  • Wpływ wiatru wywołuje:
  • Dryf fali akustycznej wprowadzając nieznane błędy
  • Zmianę prędkości propagacji pod wpływem składowej pionowej
  • Zerwanie fali pod wpływem dużych prędkości i dużym opadzie
  • Topnienie śniegu
  • Zagęszczanie śniegu
  • Pochylenie powierzchni śniegu
pomiar zasob w wodnych w pokrywie nie nej
Pomiar zasobów wodnych w pokrywie śnieżnej
  • Śniegomierz ciśnieniowy – śnieg swoim ciężarem działa na poduszkę pomiarową wypełniona niezamarzającą cieczą. Ta kolei przepływa do kolumny pomiarowej gdzie mierzona jest jej wysokość.
  • Śniegomierz izotopowy- wykorzystywanie jest zjawisko pochłaniania promieniowania  przy przejściu przez warstwę śniegu. Pozwala wyznaczyć zawartość wody w warstwie śniegu