. П.ГАЕВСК

ЗНИКОВД

^% Ц ^Д, | Я

ТЕОРОЛОГ

Гооударотвеяный комитет Российской Федорадая

по высшему образован»»

..Дрхангэдьокий государственный технический уаиверожтбт

Н.А.БАШЧ, проф., д-р с. - х. н а у к ;

Н.П.ГАЕВСКйИ, от.преп., канд. с-х.наук;

Г.И.ТРАШИКОВА, доц., канд. о*-Х.неук

ЛЕСНАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ

Лабораторный практикум Архангельск Рассмотрен и -рекомендован к изданию методической комиссией лесохоаяйственного факультета Архангельского государственного технического университета Научный редактор 0.А.НЕВОЛИН, доц., канд. с. - х. н а у к, засл. лесовод России Рецензенты:

Б.А.М0ЧАЛ0В, канд. с.-х.наук, вед.науч.сотр. АИДиЛХ;

кафедра географии Поморского педагогического университета УДК 551. Б а б и ч Н.А., Г а в е с к и й Н.Л., Т р а в н и ­ к о в а Г.И. Лесная метеорология: Лабораторный практикум.

- Архангельск: РИО'АГТУ, 1995. - 7 6 с.

Подготовлен кафедрой лесных культур и механизации лесохозяйотвенных работ АГТУ.

Приведены методики выполнения метеорологических наблюде­ ний, программа раздела "Лесная метеорология" курса "Экология о основами метеорологии", а также варианта контрольной работы для студентов-заочников.

Предназначен для студентов лесохоэяйотвенного факультета специальности 2604О0"Лесное и Лесопарковое хозяйство" дневной и заочной форм обучения.

Ил.26. Табл.10. Библиогр. 10 назв»

(ф АГТУ, 1996ВВЕДЕНИЕ Повышение продуктщвноотн таежных лесов - одна из централь­ ных проблем лесоводства. Вое усиливающееся влияние человека на природу (концентрированные вырубки, применение химических средств я Др.) нарушает естественные лесные формации, взаимо­ связь явлений природы. Поанать эти изменения и регулировать их можно с применением методов лесной метеорологии.

Специалистам леоного хозяйства в овоей деятельности прихо­ дится проводить метеорологические наблюдения. Особенно широко.

такие наблюдения стали проводить в лесхозах Европейского Се­ вера в связи о интенсивным внедрением выращивания посадочного материала в закрытом грунте, успех которого завиоит от строго­ го соблюдения и поддержания в течение вегетационного периода определенного микроклимата в теплицах. Это один из многочислен них примеров практичеокого применения метеорологических мето­ дов наблюдения в лесном хозяйстве.

Основная цель научения дисциплины - формирование представ леняЙ о мет е орел отческих факторах и закономерностях формирования растительности в зависимости от параметров среды обитания, а также об основных закономерностях влияния ласа на погодные у с ­ ловия.

При изучении дисциплины студент должен:

уяснить важную роль метеоданных а хозяйственной, социаль­ но-экономической, экологичаокой и природоохранной деятель­ ности человека} изучить характер зависимости лесной растительности ст ме­ теорологических условий ш влияние леса на погоду и климат;

научить закономерности формирования радличных условий по­ годы («ак комплекса метеорологических параметров) и получить прадставленив о метолцх црдоноза народа и основах климатолс-гии,* ознакомиться q вдновнымд о т в д д в р щ ш метаоролргвчес'шми щщборами и Haj4«f боя ими пользоваться} получать представление о всей оистемв мегодов и средств современных метеорологических намерений;

ознакомиться оо структурой о лужей погода, методами и оредотвами информационного обеспечения потребителей жааяыми о с о с ­ тоянии ореды и научиться пользоваться метеоиифоршцией в прак­ тической деятельности.

Цель лабораторных padoi но лесной метеорологии - закрепле­ ние теоретических знаний и приобретение навыков самостоятельной «иучно-всоледовательокой работы.

Перед каждым занятием студенты должны проработать теорети­ ческий материал [ l - 10] и усвоить порядок выполнения рассматри­ ваемой работы.

Выполненные лабораторные работы должны быть представлены в виде отчетов. Б отчете необходимо привести определения основ­ ных терминов и понятий, порядок выполнения работы, схемы прибо­ ров, результаты проведенных наблюдений (исследований), я также ответы на контрольные вопросы, выводы. При оформлении отчетов оледует руководствоваться основными положениями методических указаний [ ? ].

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА * I

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА И П Ч Ы НА ГЛУБИНЕ

Ц е л ь р а б о т ы - ознакомить студентов о назначением, -устройством приборов для определения температуры воздуха, поч­ вы и методикой проведения наблюдений.

З а д а н и е. I. Ознакомиться с назначением и устройст­ вом термометров для определения температуры воздуха (срочный, минимальный и максимальный), а также термометров для определе­ ния температуры почвы на глубине (термометры Савинова и вытяж­ ные почвеяно-гдубинные, термометр-щуп). Дать характеристику термометров и оформить таблицу ( т а б л. 1 ).

2. Освоить методики подготовки изучаемых приборов к рабо­ те и проведения наблюдений.

3. Провести наблюдения и занести полученные результаты в карточку учета (прил.1). Сделать заключение.

L И отчете о работе привести принципиальные схемы р а с пмотриьаемых приоров, а также схемы установки термометров Саданоиа я витяжлих -JXоме-метро*».

5. ответить на кот'рпдш-е допросы.

Основные характеристики метеорологических термометров Мар­ Назва­ Цена деле­ Назначение Особенности устрой­ •Срочный термометр ТМ-3 предназначен для определения тем­ пературы воздуха в момент наблюдения, а также может применять­ ся для намерения температуры поверхности почвы.

v. Термометр, служащий для определения наименьшей температу­ ры воздуха или поверхности почвы между сроками Наблюдений, на­ зывается тнтв^шт.

. Термометр, служащий для определения наивысшей температуры воздуха или поверхности почвы, наблюдавшейся между сроками наб­ людений (сутки, неделя, месяц и т. д. ), называется мэксима^нн'л.

v Для определения температуры верхних слоев почвы применяют почвенные термометры Савинова. Обычно их устанавливают на г л у ­ бине 5, 10,"15 а 20 см. В экспедиционных условиях для этих целей используется термометр-щуп.

• Т-вмпературу более глубоких слоев почвы измеряют при Помо­ щи вытяжных почвенно-глубинных термрметров ТПВ-60.

Срочный термометр ТМ-3 состоит йз резервуара о ртутью, к которому припаян капилляр, свободный конец которого запаян ( р й о. 1 ). Ртуть заполняет не только резервуар, но также чаоть этой трубки. В свободной чести капилляра воздуха нет. Рядом о капиллярной трубкой укреплена шкала из отекла молочного цвета, на которой нанесяны деления в виде горизонтальных черточек.

Длинные черточки обычно обозначают целые градусы, мелгие обоз­ начают десятые Доли градуоа и проводятся через каждые 0,5°С.

Цейа наименьшего деления термометра ТМ-Ю равна 0,2°С. Черев дли 10°с наносятся цифры, показывающие число градусов.

Рйо.1.Срочный термометр ТМ-3: I-резервуар о ртутью;

2-капилляр; Зчпкала; 4-отеклянная оправа У некоторых термометров ( № 8 ), тввщх толстостенный К8илляр, шкала наносится непооредетвеняо на отеику. Капилляр • шкала заключены в стеклянную оправу.

Для изготовления метеорологических термометров применяют особые сорта отекла, обладающие свойством весьма незначитель­ ного расширения при нагревании.

В зависимости от назначения термометры отличаются размера­ ми, величиной и формой резервуара, ценой самого мелкого деления, пределами измерения температур.

Для наполнения термометров применяются ртуть (цвета с е ­ ребра), спирт и толуол (краоного цвета).

Ртуть обладает свойствами, которые в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к термометрическим жид­ костям. Малая теплоемкость и большая теплопроводность ртути обуславливают сравнительно высокую чувствительность ртутнах термометров к изменениям температуря, а отсутствие смачивания стекла ртутью делает эти термометры очень точными. Однако ртутные термометры не могут применяться для измерения темпе­ ратур ниже -Э6,0°С, так как при этой температуре ртуть замер­ зает. Для измерения низких температур нужно пользоваться тер­ мометрами, наполненными спиртом или толуолом.

При снятии отсчетов необходимо соблюдать следующее основ­ ные правила.

1. Невавиоимо от цены деления паяла термометра отсчета проводятоя всегда о точностью до 0,1°С.

2. В ртутных термометрах отсчитмаается крайнее положение вершины мениска, а в спиртовых - положение нижней точки вогну­ той поверхности метода.

3. При положительных температурах (выше 0°С) целее гра­ дусы и их десятые дола отсчйтнввютад от 0°С вверх (от резер­ вуара); при отрицательных темпвратурахЖяиже 0°С) показания термометре оточитываютоя от 0°С вниз (к резервуару).

4. Глаз наблюдателя при отсчете должен находиться на од­ ном уровне с конце»* столбика жидкости в капилляре; при пра­ вильном положении глава черточка шкалы в том месте* пае произ­ водится отсчет, кажется ровной дошей.

5. Отсчйтнваютоя вначале десятые доли, а затем уже целее (фвдуоы.

6, Вямду большой чувствктедьвоста термометров отсчеты нужяо цроашедвть как можно быстрее, стараясь оря атом яе яДОмяНать к резервуару голову, руку или фонарик, а такса стар**оь ре дяявть ва термометр.

7, Воля показами термометре виходят за пределы шкалы, вяяяоняяяягоя предедыме показания по шкале, перед которыми отямтоя аяяш больив яля меньше. Цалскмар, шкале термометра ытп шить деления от -20 до-вЗ^с. Вот же зимой конец стол­ он** ртутя окажете* ниже деления -20%, to завись отсчета оуjpt я м т оледувямй внд: $ Скобкой). После этого по срочному термометру определяотся температура воздуха на высоте установки термографа.

Регулировочным винтом (см.рис.10) и поворотом барабана е ч а ­ совым механизмом поро самописца устанавливается на соотВетотвувлие линию температуры и вертикальную кривую времени уста­ новки прибора. При установке ленты на барабан необходимо ука­ зать на ее обратной стороне время установки (дата - число!

месяц, год, часы, минуты), объект исследований, температуру воздуха на момент установки термографа и фамилию исследователя.

По записи на ленте термографа можно определить темпера­ туру для любого м о м е н т а, а ~ Ш ' вмяввть'пёрвбда~рмвтй^~' или понижения температуры, имеющие место в промежутке между сроками наблюдений. Показания термографа относительны. Вслед­ ствие большого числа передаточных частей в местах соединения стержней и осей возникает трение, что отрицательно влияет на показания прибора. Кроме того, неточность прибора Обуславли­ вается инерцией при нагревании и остывании пластаны, неточно­ стью часового механизма.

Для^ корректировки показаний термографа на метеорологиче­ ских станциях используются показания срочных термометров*. В леооводотаениых же исследованиях атаэаввл"'о'''т1р«||»^ро» сни­ маются с большим промежутком времени, поэтому для корректиров­ ки показаний термографа могут быть использованы покаавная срочного, минимального и максимального термометров» которые у с тана вливаются на одном уровне с биметаллической пластикой тер­ мографа.

На блюдатель в принятые сроки отсчитывает показания тер­ мометров и заносит их в специальный журнал u^^nomv^JSSSP" т ж, ОДнтовременно на ленте термографа делается отметка време­ ни путем нажатия кнопки на задней стенке прибора (ом.рис.Ю).

При нажатии кнопки поворачивается горизонтальная ось» на ко­ торой крепится стрелка о пером, и т большая вертикальная черточка, отмечавшая машет йЮ&^ЖШ**:

заний о прибора * По виш отметкам- арамеш щовоадтея обработка и корректировка температуры на. Дентах термвгрлй* соответотвующих дуг,/если же они отстают, то влево, причём на резных расстояниях.

При снятии показания термометров и установке отметки вре­ меня необходимо проверить соответствие показании термографа и термометра, Еоди разница между ними большая, то регулировочщм винтом перо термографа устанавливается на соответствующую тер­ мометру температуру, Такие поправки обязательно отмечаются в журнале или дневнике я учитываются при обработке лент. Малые отклонения показаний термографа и термометра учитываются при камеральной обработке.

Чтобы обработать записи ^врыш^афа^. то есть опреде^лть температуру возадх^для каждого дня и часа данного месяца и сезона, составляют журнал р_§гидщции показаний термограф.

( т а б д, 2 ). Перед-началом яа!юси. показаний в журнал проводят ПОДГОТОВКУ 1шнт"^ёоМОграфа. jja ленте указывают сверху числа сделана. Затем согласно срокам постановки' й~ снятия" ленто~йо отметкам времени проводят коррекШр1щу~времеш"вд кривой х о дУУемдердяшн.' Вол» лен*е"HS' ЩШРрйф была "поставлена верно, И часы шли правильно, то изменений вносить не приходится, так как время соответствует вертикальным кривым, нанесенным на лента. После разметки лент приступают к снятию показаний.

, С_ лентн термографа снимаются оточат» aajtajuwJt. чао суток и з>писываются_^а|иШ(аврвая отрока). После этого в третьей строке""^оотавляются показания срочного термометра, снятые в определеннее, часы данного числа, В графы о минимальной и мак­ симальной температурами определенными по термографу, записы­ ваются отсчеты о минимального и максимального термометров (при их наличии). Разница между,.показаниями термографа и термометqo^B^ составляв^ п_одуоавку в определенные часы^/Есда показания термографа ниже, чем термометра, то поправка будет отрицательЩЯ. Если показания термометра вшГё7 чем* термографа, то порвав будет положительная. Затем приступают к распределению поправки в ооталвиме чаоы оутрк; Для атого бзрут две' ближние поправки, щц больдех вычитают меньшую, ^авт^ЩШ на число часов меж­ ду н а ш и прибавляют сдан ч а с у По^ч^наое значение адчитают или прибеаляет к Kajtxp|"доследующей поправке за каждый чао.

Если первая поправка больше, чем вторая, то производят вычита­ ние, если первая поправка меньше второй, производят сложение.

То еоть в каждый последующи чао после первой поправки темпе­ ратура будет меньше иди больше на определенную найденную в е ­ Объект наблюдений: питомник Архангельского лесхоза; год — I9S2, месяц - июнь Кмрямер, 26 МИМ 1992 г. в 9 часов поправка была 1,9°С, а В 13 часов ot» cootaaaJB 0,3°С (табл.2). Разница между попрааками составляет 1,6 0, между сроками наблюдений 4 часа. Получодр» разницу в поправках 1,6°С делам на 4 ч й получаем 0.4°С. Следовательно, каждый чао между 9 и 13 часами температуре воздуха уменье»лаоь на 0,4°С, Алгебраически сумшруя поп­ равку с покязяяиями термографа в соответствующие чаоы, получа­ ем исправлении* покяэвяяя температуры по Термографу. Аналогич­ ная работа внавлмяетея я для других участков ленты. Боля рав­ няв») между поправками за промежуток временя между контрольными отметками ооотвялявт 0°С, следовательно, за каждый следующий чао она не изменяется, а остается равной значению, определен­ ному щ контрзяамых измерениях.

wuoq&&mm показаниям вычисляют сумму температур за каждяЙ да** я определяют среднесуточную температуру. В леооводствеймях ясслвдоваяяях при анализе роста раотений большое значение врядщетов именно сумме ореднвоуточных температур за период И в т а ф я ' Я А за период какого-либо этапа роста и разви­ тия. Учитмвявт т а я » суммы эффективных температур, суточный ход тамвяртурм.яв месяц или за определенный период.

U Ш УИ|МШ Приемник температур в термографа?

2; Как 0{ф*далять правильность нажима пера на ленту?

3» С каквЙ целвв не ленте термографа Делается отметка временя?

4. Зачем я как вносятся поправки в показания термографа?

СНЩШЁРШБ НАВЯВЙЯйИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ П О Н С И СНЕГА

Ц е л ь р а б о т ы - ознакомиться с методикой снего­ мерных наблюдений, назначением и устройством весового снегот мера, принципом его работы; научаться правильно проводить ис­ следования плотности снега и определять запасы воды.

З а д а н и е. I, Освоить методику проводимых наблюдений.

2. Ознакомиться о устройством весового снегомера.

3. В отчета о работе привести схему прибора.

4. На -вух сравниваемых объектах в трехкратной повторностн определить высоту Н, плотность снежного покрова о, й р а о ачитать запрс воды 0., а также определить толщину слоя воды, который образовался бы, если веоь снежный покров растаял. Р е ­ зультаты исследований занеоти в карточку учета эксперименталь­ ных данных (прил.2).

5. Определить высоту онеЖного покрова по трем постоян­ ным снегомерным рейкам, установленным в дендрарии.

6. Обработать полученный данные и на их оонове сделать заключение.

7. Ответить на контрольные вопросы.

Снегомерные наблюдения включают в себя измерение высоты снежного покрова, плотности снега, определение запасов воды в нем, регистрацию наличия и толщины ледяной корки, а также слоя воды на почве, состояния поверхности почвы (талая или мерзлая), определение степени покрытия поверхности почвы снеж­ ным покровом и характера его залегания. Эти сведения представ­ ляют большой интерес для ряда отраслей народного хозяйства./ Высоту снежного покрова измеряют с помощью переносных реекТ M-I04 и М-46. Первая. изготовляется из дерева в двух вариан­ тах длины: M-I04-I - 180 см и М-104-Л - 130 см. Вторая метал­ лическая: M-46-I - 150 см и М-46-Д* - 250 ому ПЛОТНОСТЬ покроза определяют с помощью весового снегомера, запаоЛводй в снепо данным плотности и высоты снежного покрова, толщину ледяной корки - с помощью линейки с миллиметровыми делениями, Остальные наблюдения за снежным покровом производят визуально. / Различают следующие основные виды наблюдений за снежным ' покровом: ежедневные, ландшфтно-маршрутные снегомерные съемга, специальные снегомерные съемки^] Рекомендуемые сроки проведения этих наблюдений и их объ­ ем приведены в табл.З.

Наблюдения за степенью покрытия поверхности почвы, харак­ тером залегания и высотой снежного покрова на станции прободят с момента образования и до полного исчезновения снежного покрова.

Вид наблюдений тия почвы снежным покровом и характера его залегания ного покрова по трем посто­ янным райкам на метеороло­ гической площадке Снегомерные съемки:

на больших полях (лесная 2000 100 10 Зимой I раз в 10 дней; йжлой 20-го числа каж­ орологическим комплек­ сом наблюдений) дукционный АРИ-4 9Г Г-вертушка; На заданную высоту анемо­ ^ к о р п у с ; 3-шкала с указатель­ ной стрелкой; 4-рукоятка метр поднимают- в руке или на шеоте нужной длины. Прибор во время наблюдений должен быть повернут окном к наблюдателю. До начала отсчета выжидают 10...15 с, чтобы вертушка приняла скорость вращения, соот­ ветствующую скорости ветра. Делают 3 отсчета с интервалом 5...10 о при слабом порывистом ветре и 10...12 отсчетов при сильномпорывиотом. Для определения скорости ветра рассчиты­ вается среднеарифметическое из полученных отсчетов и вводит­ ся поправка из поверочного свидетельства прибора.

При выключенном счетчике оборотов снимают показания по воем циферблатам. Анемометр устанавливают на заданной высоте так, чтобы шкала была обращена в подветренную сторону.; Через 20...30 с включают очетчик и секундомер. Через 100 с пооле включения счетчик выключают и снимают второй отсчет по всем циферблатам анемометра. Разделив разность между конечным и начальным отсчетами на 100 о, получают число делений в одну секунду. К каждому анемометру прилагается сертификат в виде графика или таблицы. Зная число делений в секунду, можно по графику или переводному множителю из таблицы определить ско­ рость ветра в метрах в секунду.

Число опытов определения скорости ветра по каждому объекту должно составить 1 5... 2 5. Это позволяет при обработ­ ке исходных данных применять метод математической статистики (малая выборка). При комплексных экологических исследованиях определение скорости ветра выполняется одновременно на двух я более сравниваемых объектах.

Результаты измерений заносят в карточку учета ( п р и л ^ ), которая прилагается к отчету по лабораторной работе.

1. Какими показателями характеризуется ветер?

2. Почему перед включением счетчика оборотов анемометр должен некоторое время поработать вхолостую?

3. Назовите приборы, применяемые для определения.харак­ теристик ветра.

Пpax Д.З. Сердитые и добрые ветры. - Д. : Гидрометеоиадат, - 150 с.

П р а х Д.З. Ветер (термины, определения, местные,назввния,^понятия,связанные с действием Ветра). - Киев, 1Ш.

%Р л5« Ве*ро»алы леоа и штормовые ветры в Украин­ ских Карпатах (Обзор). - Обнинск, 1976. - 77 о, К у д а ш е в СИ. О влиянии леса на овороот* ввтра// Труда бволого-почвенного института ДаЛШвосЁоадого НвуНого центра А СССР. - Хабаровск, 1973, - Вып, 12, щвтная роль леса на его северном прешла..

роль леса: Тезисы докладов Всесоюзного оо] бврск, 1984. - С.69-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА *

ОЩУЩЕНИЕ ВОЗДУХА

Ц е л ь " р а б о т ы - озвдващть студентов о назначе­ нием, устройством приборов MB-I, МВ-4М и методикой определе­ ния влажности воздуха. З а д а н и е. I. Изучить уот©«*йт»б щ назначение волоояого гигрометра W&-I и психрометра аопирационного UB-4M.

3. в отчета о работе привести «хямн « 4 | чдеммк приборов.

4. провести'яао^вивтя я карточку учета (при*.б). Сделать вовлечение.

5. Ответить на контрольные воппооы. ' в результате испарения води с поверхноотя морей в оввянов атмэЪфара всегда ооде$*нт водяной Sap. В меньшем "PffW* отве водяной пар поступает в атмосферу о поверхностей озер, рек,влажной почвы, а также в процесса трансшфацин. ' Р „асЛ пар, как и водяной г а з, производит давление. Это давление навивают упругостью пара ГЩ Упругость водяного пара дрь данной таШвратурё даГет'возрастать только до некоторого гфедаляото значения Е, которое называют максимальной упру­ гости» вара ила упругостью насыщения. При е < пар называет;:

каяаомщеяиим, при е = Е насыщенным.

Упругость измеряют в единицах давления: миллибарах.

(мбар), Паскалях (Па). Ранее использовались также миллиметры ртутного столба (мм р т. с т ). Соотношение этих единиц следую­ щее: I мбар * 100 Па = 0,76 мм рт.оТ»; I Па =0,01 мбар = • 0,qp75 мм pr.OT.j I мм р т. с т. * 1,33 мбар= 133 Па.

Нормальное давление (среднее для атмооферы) на уровне моря равно 101326 Па или 1013,25 мбар, или 760 мм р т. с т.

| /~Вяв«нооть воздуха характеризуют следующие параметры:

I, Количество водяного пара, находящегося в I м возду­ ха, вмрайвнвоа я граммах, эта величина навивается абсолютной тшшг^Щ ащдха й обозначается rfr> кр:1Й^^>о9Ъ'Шй давление) военного пара, оодержащегооя а Ио»ДГ*1, выраженная в наокалях или миллибарах. Be также называет аоЪолвтяой влажностью § J Вола • ШфкШт в Миллиметрах, то между q и • имеетоя простое ооотяоввние: