Количество выпавших осадков – одна из важнейших характеристик погоды, наряду с температурой воздуха, и, конечно, зная её для определённой местности, можно прогнозировать погоду на будущее, можно даже отслеживать изменения климата, если таковые имеют место быть. Но как измерить осадки?
Со снегом всё более или менее просто: берём линейку, погружаем её в снег до земли – и получаем количество выпавших осадков в миллиметрах. А вот с дождём такой номер не проходит! Ведь вода сразу же впитывается в почву, а та, что не впиталась (скажем, попала на асфальт), сравнительно быстро испаряется, так что точных результатов мы таким образом не получим, даже если дело дошло до наводнения… как же измерить количество дождя?
Для этого существуют специальные приборы.
Один из них – дождемер. По сути дела, это нечто вроде ведра, только очень большое – площадью 5 квадратных метров. Дождевая вода поступает в такой сосуд через конусообразную воронку – чтобы ветер не искажал результаты измерения, надувая в сосуд дополнительную воду, или наоборот – выдувая её оттуда. Такая конструкция устанавливается на метеоплощадке на высоте 2 метра. Раз в день собранную дождевую воду из дождемера сливают в градуированный сосуд и измеряют в миллиметрах. Каждый миллиметр – это литр осадков на квадратный метр.
Дождемеры ещё бывают почвенные, которые закапываются в грунт вровень с ним, а также полевые – это градуированные стеклянные сосуды, которые ставят на сельскохозяйственных полях.
Но не всегда и не везде можно проверить результаты раз в сутки! В тайге, в тундре, в горах и прочих труднодоступных местах приходится проверять результаты раз в неделю, а то и в десять дней – за это время вода может испариться – и результат окажется искажённым. Для работы в таких экстремальных условиях существуют суммарные осадкомеры. По конструкции он мало отличается от обычного дождемера, но когда его устанавливают, в него заливают вазелиновое масло. В результате, когда в сосуд набирается вода, вазелиновое масло всплывает, покрывая её поверхность тонким слоем, который не даёт воде испаряться, сохраняя её для измерения.
Впрочем, определить количество осадков можно и не приближаясь непосредственно к прибору, если это радиоосадкомер. Его ёмкость для сбора осадков установлена таким образом, что заполняясь, она переворачивается, вода из неё сливается, и это приводит в действие механизм, включающий радиопередатчик. Его радиосигнал регистрируют на ближайшей метеостанции, или же он поступает на метеорологический спутник.
Ещё один прибор, используемый метеорологами для измерения количества дождя – это плювиограф. Дождевая вода набирается в сосуд площадью 5 квадратных метров. Дно у сосуда конусообразное, и в неё имеются отверстия, в которые вода сливается и через трубу попадает в камеру. В камере находится полый поплавок, соединённый с металлическим стержнем. В верхней части стержня укреплена стрелка, на которую насажено перо, а рядом с камерой расположен барабан с бумажной лентой. Вода, накапливающаяся в камере, поднимает поплавок, он приводит в движении стержень со стрелкой, и перо чертит на ленте кривую, по которой и определяют уровень осадков.
Измерение осадков. Определение качества осадков.
Измерение осадков.
Количество атмосферных осадков, выпавших на поверхности Земли в данном месте за определенное время, оценивается толщиной слоя воды (в мм). Количество твердых осадков измеряется по толщине слоя воды, который бы образовали растаявшие твердые осадки. Одному миллиметру осадков соответствует слой выпавшей воды в количество 1 литр на 1 м2. Количество осадков измеряется специальными приборами – осадкомерами, которые обычно располагаются на расстоянии в несколько километров один от другого и фиксируют количество осадков за определенный промежуток времени, обычно за 24 часа. Простой осадкомер представляет собой цилиндрическое ведро строго определенного сечения с круглой воронкой, устанавливаемое на метеоплощадке. Дождевая вода попадает в него и стекает в специальный измерительный стакан. Площадь измерительного стакана также известна, поэтому слой воды толщиной 25 мм в измерительном стакане соответствует 2,5 мм выпавших осадков. Конструкция осадкомера предусматривает защиту от быстрого испарения осадков, от выдувания попавшего в ведро осадкомера снега. Более сложные измерительные приборы непрерывно регистрируют количество, интенсивность и время выпадающих атмосферных осадков (плювиографы). Среднее годовое количество осадков на всей поверхности Земли – около мм. В тропических широтах среднегодовое количество осадков не менее 2500 мм, в умеренных широтах – около 900 мм, а в приполярных районах – около 300 мм. Главными причинами различий в распределении осадков являются географическое положение данного региона, его высота над уровнем моря, удаленность от океана и направления преобладающих ветров. На горных склонах, обращенных в сторону дующих с океана ветров, количество выпадающих осадков обычно больше, чем в районах, защищенных от моря высокими горами.
Анализ выпавших осадков.
Время проведения исследования с 25.11.11 по 29.11.11
Место проведения исследования: г. Саранск, Юго-Западный район.
Погодные условия: выпадали кратковременные снеговые осадки, которые вследствие стали объектом исследования.
Проба воды отбиралась в течение недели, а точнее в течение указанного выше срока проведения исследования.
Определение качества выпавших осадков.
Органолептический метод определения запаха :
Характер запаха мы определяем ощущением воспринимаемого запаха (землистый, хлорный, нефтепродуктов и. т.д.).
Метод определения:
Из дождемера берем снег и ждем когда он растает. По данной таблице
Интенсивность | Характер проявления запаха | Оценка интенсивности запаха в баллах |
Запах не ощущается | ||
Очень слабая | Запах не ощущается потребителем, но обнаруживается при лабораторном исследовании. | |
Запах замечается потребителем, если обратить на это внимание | ||
Заметная | Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде | |
Отчётливая | Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья | |
Очень сильная | Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению |
Интенсивность запаха 0 баллов.
Органолептический метод определения вкуса :
Этим методом мы определяем характер и интенсивность вкуса и привкуса.
Четыре основные виды вкуса: солёный, кислый, сладкий, горький
Метод определения:
Характер вкуса или привкуса определяют ощущением воспринимаемого вкуса или привкуса (солёный, щелочной, металлический и. т.д.)
Испытуемую воду мы набрали в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживаем на 3-5 с.
Интенсивность и характер вкуса и привкуса мы определяем при 20°С и оцениваем по пятибалльной системе (в таблице).
Интенсивность вкуса, привкуса | Характер проявления вкуса и привкуса | Оценка интенсивности вкуса в баллах |
Вкус и привкус не ощущаются | ||
Очень слабая | Вкус и привкус не ощущаются потребителем, но обнаруживается при лабораторном исследовании | |
Вкус и привкус замечаются потребителем, если обратить на это внимание | ||
Заметная | Вкус и привкус легко замечаются и вызывают неодобрительный отзыв о воде | |
Отчётливая | Вкус и привкус обращают на себя внимание и заставляют воздержаться от питья | |
Очень сильная | Вкус и привкус настолько сильные, что делают воду непригодной к употреблению |
По таблице интенсивность вкуса равна 2 балла.
Фотометрический метод определения мутности:
Определение мутности мы производили сразу после отбора пробы. Вода не очень мутная с первого взгляда. Можно предположить, что она пригодна для питья.
Вывод: осадки выпавшие в данном районе не имеют примесей и других химических элементов. Но если провести более тщательное исследование в лаборатории я думаю, что обнаружится примеси или другие химические элементы.
Атмосферные осадки — вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность.
Дождь
При определенных условиях облачные капли начинают сливаться в более крупные и тяжелые. Они уже не могут удерживаться в атмосфере и падают на землю в виде дождя.
Град
Бывает, что летом воздух быстро поднимается вверх, подхватывает дождевые тучи и несет их на высоту, где температура ниже 0°. Дождевые капли замерзают и выпадают в виде града (рис. 1).
Рис. 1. Происхождение града
Снег
В зимнее время в умеренных и высоких широтах осадки выпадают в виде снега. Облака в это время состоят не из капелек воды, а из мельчайших кристалликов — иголочек, которые, соединяясь вместе, образуют снежинки.
Роса и иней
Осадки, выпадающие на земную поверхность не только из облаков, но и непосредственно из воздуха, — это роса и иней.
Количество выпавших осадков измеряется осадкомером или дождемером (рис. 2).
Рис. 2. Строение дождемера: 1 — наружный корпус; 2 — воронка; 3 — емкость для сбора волы; 4 — мерный резервуар
Классификация и виды осадков
Осадки различают по характеру выпадения, по происхождению, по физическому состоянию, сезонам выпадения и т. д. (рис. 3).
По характеру выпадения осадки бывают ливневыми, обложными и моросящими. Ливневые осадки - интенсивные, непродолжительные, захватывают небольшую площадь. Обложные осадки - средней интенсивности, равномерные, длительные (могут продолжаться сутками, захватывая большие территории). Моросящие осадки - мелкокапельные осадки, выпадающие на незначительной территории.
По происхождению различают осадки:
- конвективные - характерны для жаркого пояса, где интенсивны нагрев и испарение, но нередко бывают и в умеренном поясе;
- фронтальные - образуются при встрече двух воздушных масс с разной температурой и выпадают из более теплого воздуха. Характерны для умеренных и холодных поясов;
- орографические - выпадают на наветренных склонах гор. Они очень обильны, если воздух идет со стороны теплого моря и обладает большой абсолютной и относительной влажностью.
Рис. 3. Виды осадков
Сравнив на климатической карте годовое количество атмосферных осадков на Амазонской низменности и в пустыне Сахара, можно убедиться в неравномерном их распределении (рис. 4). Чем это объясняется?
Осадки приносят влажные воздушные массы, формирующиеся над океаном. Это хорошо видно на примере территорий с муссонным климатом. Летний муссон приносит с океана много влаги. И над сушей идут продолжительные дожди, как на Тихоокеанском побережье Евразии.
Постоянные ветры также играют большую роль в распределении осадков. Так, пассаты, дующие с континента, приносят сухой воздух на север Африки, где расположена самая обширная пустыня мира — Сахара. Западные ветры приносят в Европу дожди с Атлантического океана.
Рис. 4. Среднегодовое распределение осадков на суше Земли
Как вы уже знаете, морские течения влияют на осадки в прибрежных частях материков: теплые течения способствуют их появлению (Мозамбикское течение у восточных берегов Африки, Гольфстрим у берегов Европы), холодные, наоборот, препятствуют выпадению осадков (Перуанское течение у западных берегов Южной Америки).
Рельеф также влияет на распределение осадков, например, Гималайские горы не пропускают на север влажные ветры, дующие с Индийского океана. Поэтому на их южных склонах иногда выпадает за год до 20 000 мм осадков. Влажные воздушные массы, поднимаясь по склонам гор (восходящие токи воздуха), охлаждаются, насыщаются, и из них выпадают осадки. Территория же севернее Гималайских гор напоминает пустыню: там выпадает всего 200 мм осадков в год.
Существует зависимость между поясами и количеством осадков. У экватора — в поясе низкого давления — постоянно нагретый воздух; поднимаясь вверх, он охлаждается и насыщается. Поэтому в области экватора образуется много облаков и идут обильные дожди. Много осадков выпадает и в других областях земного шара, где господствует низ- кос давление. При этом большое значение имеет температура воздуха: чем она ниже, тем меньше выпадает осадков.
В поясах высокого давления преобладают нисходящие воздушные токи. Воздух, опускаясь, нагревается и утрачивает свойства состояния насыщения. Поэтому на широтах 25-30° осадки выпадают редко и в малом количестве. В областях высокого давления у полюсов также выпадает мало осадков.
Абсолютный максимум осадков зарегистрирован на о. Гавайи (Тихий океан) — 11 684 мм/год и в Черапунджи (Индия) — 11 600 мм/год. Абсолютный минимум - в пустыне Атакама и в Ливийской пустыне — менее 50 мм/год; иногда осадки годами вообще не выпадают.
Характеристикой увлажнения территории служит коэффициент увлажнения — отношением годового количества осадков и испаряемости за тот же период. Коэффициент увлажнения обозначают буквой К, годовое количество осадков — буквой О, а испаряемость — И; тогда К = О: И.
Чем меньше коэффициент увлажнения, тем суше климат. Если годовое количество осадков примерно равно испаряемости, то коэффициент увлажнения близок к единице. В этом случае увлажнение считается достаточным. Если показатель увлажнения больше единицы, то увлажнение избыточное, меньше единицы - недостаточное. При коэффициенте увлажнения менее 0,3 увлажнение считается скудным . К зонам с достаточным увлажнением относятся лесостепи и степи, к зонам с недостаточным увлажнением — пустыни.
Атмосферными осадками называют воду, которая из атмосферы выпадает на земную поверхность. Атмосферные осадки имеют и более научное название — гидрометеоры.
Измеряют их в миллиметрах. Для этого замеряют толщу воды, выпавшей на поверхность с помощью специальных приборов — осадкомеров. Если нужно измерить толщу воды на больших площадях, то используют метеорологические радиолокаторы.
В среднем наша Земля получает почти 1000 мм осадков ежегодно. Но вполне предсказуемо, что их количество выпавшей влаги зависит от многих условий: климата и режима погоды, рельефа местности и близости водоемов.
Виды атмосферных осадков
Вода из атмосферы выпадает на земную поверхность, находясь в двух своих состояниях — жидком и твердом. По этому принципу все атмосферные осадки принято делить на жидкие (дождь и роса) и твердые (град, иней и снег). Рассмотрим каждый из этих видов подробнее.
Жидкие атмосферные осадки
Жидкие атмосферные осадки попадают на землю в виде водяных капель.
Дождь
Испаряясь с поверхности земли, вода в атмосфере собирается в облака, которые состоят из мельчайших капель, размерами от 0,05 до 0,1 мм. Эти миниатюрные капельки в облаках с течением времени сливаются друг с другом, становясь все больше в размерах и заметно тяжелее. Визуально данный процесс можно наблюдать, когда белоснежное облако начинает темнеть и тяжелеть. Когда таких капель в туче становится слишком много, они проливаются на землю в виде дождя.
Летом дождь идет в виде крупных капель. Крупными они остаются потому, что нагретый воздух поднимается от земли. Вот эти восходящие струи и не дают каплям разбиваться в более мелкие.
Зато весной и осенью воздух намного прохладнее, поэтому в эти времена года дожди — моросящие. Причем, если дождь идет из слоистых облаков, его называют обложным, а если капли начинают падать из кунево-дождевых, то дождь превращается в ливень.
Ежегодно в виде дождя на нашу планету проливается почти 1 млрд. тонн воды.
В отдельную категорию стоит выделить морось . Этот вид осадков также выпадает из слоистых облаков, но капли ее настолько малы, а их скорость настолько ничтожна, что капельки воды кажутся подвешенными в воздухе.
Роса
Еще один вид жидких осадков, который выпадает в ночное время или рано утром. Капельки росы образуются из водяного пара. За ночь этот пар остывает, и вода из газообразного состояния превращается в жидкое.
Самые благоприятные условия для образования росы: ясная погода, теплый воздух и почти полное отсутствие ветра.
Твердые атмосферные осадки
Твердые осадки мы можем наблюдать в холодное время года, когда воздух охлаждается до такой степени, что капельки воды, находящиеся в воздухе, замерзают.
Снег
Снег также как и дождь, образуется в облаке. Затем, когда облако попадает в поток воздуха, в котором температура ниже 0°С, капельки воды в нем замерзают, становятся тяжелыми и выпадают на землю в виде снега. Каждая капелька застывает в виде своеобразного кристаллика. Ученые утверждают, что все снежинки имеют разную форму и найти одинаковые просто невозможно.
Кстати, снежинки падают очень медленно, так как почти на 95% состоят из воздуха. По этой же причине они белого цвета. А хрустит снег под ногами потому, что ломаются кристаллики. И наш слух способен уловить этот звук. Зато для рыб настоящее мучение, так как снежинки, падающие на воду, издают высокочастотный звук, который рыбы слышат.
Град
выпадает только в теплое время года, особенно, если накануне было очень жарко и душно. Прогретый воздух сильными потоками устремляется вверх, унося с собой испарившуюся воду. Образуются тяжелые кучевые облака. Затем, под воздействием восходящих потоков капельки воды в них тяжелеют, начинают замерзать и обрастать кристаллами. Вот эти комочки кристаллов и устремляются на землю, по пути увеличиваясь в размерах за счет слияния с каплями переохлажденной воды в атмосфере.
Нужно учитывать, что такие ледяные "снежки" устремляются на землю с невероятно быстротой, а потому град способен пробить шифер или стекло. Град наносит большой урон сельскому хозяйству, поэтому самые "опасные" тучи, которые готовы разразиться градом, разгоняют с помощью специальных пушек.
Иней
Иней, как и роса, образуется из водяного пара. Но в зимние и осенние месяцы, когда уже достаточно холодно, капельки воды замерзают и потому выпадают в виде тонкого слоя ледяных кристаллов. А не тают они потому, что земля остывает еще больше.
Сезоны дождей
В тропиках и очень редко в умеренных широтах наступает такое время года, когда выпадает непомерно большое количество осадков. Этот период называют сезоном дождей.
В странах, которые расположены в этих широтах, не бывает суровых зим. Зато весна, лето и осень стоят неимоверно жаркие. За этот жаркий период накапливается огромное количество влаги в атмосфере, которая и выливается затем в виде затяжных дождей.
В зоне экватора сезон дождей наступает два раза в год. А в тропическом поясе, южнее и севернее экватора, такой сезон случается лишь один раз в году. Связано это с тем, что пояс дождей постепенно курсирует с юга на север и обратно.
Не каждое облако несёт в себе осадки , ведь для образования обаков обязательным условием является наличие воды в трех состояниях: газообразном, жидком и твердом, характерных для смешанных облаков. Выпадение осадков происходит только тогда, когда облако начнёт подниматься выше и охлаждаться. По происхождению, осадки подразделяют на такие виды: конвективные, фронтальные и орографические.
Конвективный тип осадков характерен для жарких климатических зон, в которых на протяжении года проходит интенсивное нагревание, вследствие чего вода испаряется. В это время преобладает восходящее движение влажного и теплого воздуха. Такие процессы можно наблюдать летом в умеренных поясах.
Фронтальные осадки образуются в случае встречи двух воздушных масс разных температур и других факторов. Фронтальные осадки наблюдаются в умеренном и холодном поясах.
Орографические осадки характерны для наветренных горных склонов, заставляющих воздух подниматься выше. При потере влаги воздух опускается, минуя горную цепь, но после прогревается, а относительная влажность удаляется от состояния насыщения.
По характеру выпадения осадки подразделяют на ливневые (непродолжительные, но интенсивные осадки на небольшой области), обложные (длительные и равномерные осадки средней интенсивности, охватывающие довольно большую область) и моросящие (им характерны мелкие и небольшое количество осадков ).
Измерение количества осадков.
Количество осадков определяют путем измерения толщины миллиметрового слоя воды, образующегося в результате их выпадения на горизонтальную поверхность и дальнейшего просачивания в почву. Для того, чтобы измерить количество осадков задействуют металлический цилиндр с установленной диафрагмой - дождемер, а также осадкомер, имеющий специальную защиту. Осадки твердого типа предварительно растапливаются, а полученное количество воды измеряют цилиндрическим сосудом, площадь дна которого в десять раз меньше дна дождемера. Когда слой воды в сосуде достигает цифры в 20 мм, это будет означать то, что выпавший на Землю слой составляет 2 м 2 мм в высоту.
- 1 - Дождемер, устанавливаемый на метеоплощадке для измерения жидких осадков;
- 2 - Почвенный дождемер, вкапывается вровень с грунтом, там также внутри установлено ведро для сбора осадков;
- 3 - Полевой дождемер - стеклянный высокий стакан с делениями, для оценки осадков на с/х полях;
- 4 - Осадкомер - для сбора жидких и твёрдых осадков (снег, крупа…);
- 5 - Плювиограф - самописец количества жидких осадков;
- 6 - Суммарный Осадкомер - для сбора осадков за большой период (неделю, 10 дней,...) в труднодоступных местах;
- 7 - Радиоосадкомер.
Все измерения учитываются за конкретный месяц для выведения месячных показателей, а впоследствии и годовых. Чем продолжительней наблюдение, тем точнее будет рассчитано количество осадков за разные промежутки времени для конкретного места наблюдений. Те линии на карте, точки которых соединяют с одинаковым количеством осадков в миллиметрах, называются изогиетами и указывают количество осадков за определенный промежуток времени (как например за год).
Распределение осадков на поверхности Земли.
На географическое положение осадков по земной поверхности влияет множество факторов: температура, испарение, влажность, облачность, атмосферное давление, океанические течения, ветер и расположение суши и моря. Температура является главенствующим фактором, так как влияет на интенсивность испарения и количество влаги.
В холодных широтах уровень испарения незначителен, поскольку воздух в этих широтах содержит очень мало водяного пара. Несмотря на то, что относительная влажность может быть достаточно высокой, при конденсации пара в любом случае будет мало осадков. В теплых краях наблюдается противоположная ситуация, в которой при большом уровне испарения наблюдается огромное количество осадков . Именно потому атмосферные осадки принято распределять зонально.
Наибольшее количество осадков (1000-2000 мм и более) наблюдается в экваториальном поясе, где круглый год высокие температуры, большое испарение и преобладание восходящих потоков воздуха.
В тропических широтах количество осадков меньше - от 300 до 500 мм, а в пустынных материковых областях меньше 100 мм. Причиной тому послужило господство высокого давления в сочетании с нисходящими потоками. Для восточных побережий, которые омываются теплыми течениями характерно большое количество осадков, в особенности летом.
В умеренных широтах число осадков возрастает до 500-1000 мм и наибольшее число осадков припадает на западные побережья, с преобладающими западными ветрами со стороны океанов. Огромное количество осадков также вызвано теплым течением и присутствием горного рельефа.
В полярных зонах количество осадков довольно низкое - от 100 до 200 мм. Это обусловлено пониженной влажностью в воздухе, но при этом с большой облачностью.
Количество выпадающих осадков не всегда определяет условия увлажнения. Характер увлажнения выражается с помощью коэффициента увлажнения - соотношения количества осадков к испаряемости за одинаковый период - К = О / В, где - коэффициент увлажнения, О - годовое количество осадков, а B является величиной испаряемости. В случае, если K=1, то увлажнение достаточное, если больше - избыточное, а если меньше - недостаточное. Увлажнение подразумевает тот или иной тип природных зон: при избыточном и достаточном увлажнении могут произрастать леса, недостаточное и близкое к единице увлажнение характерно для лесостепей и саванн, низкие и более близкие к нулю показатели подразумевают степи, пустыни и полупустыни.
