Определение суммарного испарения с суши

ФГОУ  

КАФЕДРА  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа

по дисциплине:

Климатология, метеорология и гидрология.

Вариант №16. 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:

 студент  факультета

-й курс, группа №

Шифр 

___________

Проверил:

____________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Город 2011

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОГО ИСПАРЕНИЯ С ПОВЕРХНОСТИ СУШИ.

     Под испарением с поверхности суши понимается сумма всех видов этого процесса: биологическое испарение с листьев растений (транспирация), физическое – испарение с орошённых атмосферными осадками листьев, испарение с почвы, снега, льда, водоёмов, расположенных на исследуемой территории.

     Методы  расчёта испарения с поверхности  суши основаны на использовании  уравнений водного и теплового  балансов, их связи, на закономерностях  переноса влаги от испаряющей  поверхности в атмосферу.

     Выбор  метода расчёта зависит от  поставленной задачи, наличия исходных  данных, природных условий и требуемой  точности результатов расчёта. 
 

Согласно варианту №16, необходимо определить суммарное  испарение с поверхности суши всеми нижеприведёнными методами. 

Дано:

Исходные данные: г.Город, Метеостанция.

1.Метод  водного баланса. 

     Среднемноголетнее годовое испарение  Е с больших площадей (до 9900 км ) определяют по карте изолиний испарения (рис.1), построенной на основе уравнения водного баланса для суши по разности среднемноголетних годовых сумм осадков (х) и среднемноголетнего годового стока рек (у):

Е = х – у,

где х – среднемноголетняя годовая сумма атмосферных осадков, мм; у – среднемноголетний годовой сток рек, мм.

     При  расположении исследуемой площади  на карте между двумя соседними  изолиниями расчётную величину  находят для центра тяжести  площади путём интерполяции между  соседними изолиниями.

     Погрешность  снимаемых с карты значений  испарения для равнинной территории составляет 15%, для горных районов – 20%. 

Решение:

     На  карте изолиний испарения (рис.1), находим г.Город, и путём интерполяции между двумя соседними изолиниями (изолиния №1 = 450, изолиния №2 = 400),  находим расчётную величину для центра тяжести площади.  

Ответ: Среднемноголетнее годовое испарение Е = 425 мм. Т.к. г.Волгоград находится на равнинной территории, то погрешность снимаемых с карты значений испарения составляет 15%. 
 

2.Метод  турбулентной диффузии  Р.А.Константинова. 

     Метод  Р.А.Константинова разобран на  установлении оттока водяного  пара от испаряющей поверхности,  где за основу принята теория турбулентной диффузии. Метод рекомендуется использовать для районов избыточного и достаточного увлажнения равнинной территории с площадью, окружающей метеорологическую станцию, в несколько квадратных километров. 

Рис.1. Карта изолиний испарения (мм). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Норму  годового испарения находят по  номограмме (рис.2), в зависимости от среднегодовой температуры (t,°С) и влажности воздуха (e,Па):

Е = f (e ; t ).

     Пользуясь  номограммой (рис.2) проводят перпендикуляры от указанных значений t и e, до точки их пересечения. Интерполируя между изолиниями, получают испарения для данной территории Е. 

Решение:

     Пользуясь  номограммой (рис.2), проводим перпендикуляры  от указанных значений t = 21°С и e = 1335 Па , до точки их пересечения. Интерполируя между изолиниями (изолиния№1 = 400, изолиния №2 = 300), получаем испарение для данной территории Е = 310 мм. 

Рис.2.Номограмма для вычисления среднемноголетнего годового испарения по методу Р.А.Константинова. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ответ: Норма годового испарения Е = 310 мм. 

3.Метод  связи теплового  и водного балансов  М.И.Будыко. 

     При известных нормах атмосферных осадков (x, мм) и радиационного баланса (R, кДж/см год) среднемноголетнее испарение Е, рассчитывают по уравнению связи теплового и водного баланса, используя номограмму (рис.3):

Е = f (R ; x ).

     Пользуясь номограммой (рис.3), проводят перпендикуляр от указанного значения атмосферных осадков до пересечения с указанным значением радиационного баланса, и из полученной точки проводят перпендикуляр к оси ординат, с которой снимают показание среднемноголетнего испарения на исследуемой площади. 

Решение:

     Пользуясь  номограммой (рис.3), проводим перпендикуляр  от указанного значения атмосферных  осадков (х = 876 мм) до пересечения с указанным значением радиационного баланса (R = 165 кДж/см год), и из полученной точки проводим перпендикуляр к оси ординат, с которой снимаем показание среднемноголетнего годового испарения Е = 628 мм. 

Ответ: Среднемноголетнее годовое испарение Е = 628 мм. 
 
 
 
 

Рис.3.Номограмма для вычисления среднемноголетнего годового испарения по методу М.И.Будыко. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.Гидролого  – климатический  метод В.С.Мезенцева. 

     Среднемноголетнее  годовое суммарное испарение  Е определяется по формуле:

где Е – максимально возможное испарение, мм; кх – общее увлажнение (на практике исправленные на недоучет прибором атмосферных осадков), мм; к = 1; n – параметр, учитывающий гидравлические условия стока в разных ландшафтно – климатических условиях: для равнины n = 3,0; для горных районов n = 2,0.

     По  формуле И.В.Карнацевич, определяют  максимально возможное испарение:

где – сумма среднемесячных положительных температур воздуха за год. 

Решение:

     По  формуле И.В.Карнацевич, определяем максимально возможное испарение, где согласно варианту №16 =35,3:

     Среднемноголетнее  годовое суммарное испарение  Е определяем по формуле, где х =876 мм, согласно варианту №16, а n = 3, т.к. рельеф г.Волгограда равнинный:

Ответ:

     Среднемноголетнее  годовое суммарное испарение  Е = 444,18 мм. 
 
 
 
 
 
 
 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕГО КОЛИЧЕСТВА ОСАДКОВ ДЛЯ ВОДОСБОРА.

     Для  определения среднего количества  осадков для бассейна реки данные наблюдений за осадками получают в виде табличных сводок с метеорологических станций.

     Существуют  следующие способы вычисления  слоя осадков: способ изогиет,  способ квадратов (для больших  площадей водосборов), способ средневзвешенных  площадей, способ среднеарифметической. 

1.Способ  среднеарифметической. 

     По  этому способу осадки (х), мм, зарегистрированные на всех метеостанциях, расположенных в пределах бассейна, суммируют и полученную сумму делят на число станций (n):

2.Способ изогиет. 

     Изогиета  – линия равных осадков.

     На  карту бассейна наносят все метеостанции, и выписывается количество осадков на каждой из них. По этим данным 

Проводят изогиеты (прямые горизонтальные линии, которые  наносят на карту водосбора, при этом определяется местонахождение изогиет только с целыми значениями и через 20 единиц) путём интерполяции между соседними станциями.

     Пример интерполяции. Для определения координаты линии одинакового количества осадков необходимо, во – первых, определить цену деления: расстояние (в миллиметрах) между двумя соседними метеостанциями надо разделить на разницу в количестве осадков, зарегистрированных на этих станциях; во – вторых, цену деления умножить на разницу в значениях количества осадков, зарегистрированных на одной из станций и искомой изогиеты, полученное значение в миллиметрах отложить линейкой от этой станции – эта точка является координатой искомой линии одинаковых осадков.

     Затем  планиметром или путём подсчёта  клеток миллиметровки определяются площади ( , км ) бассейна между изогиетами:  f = (100 км *количество квадратов, размером 10 10 мм, + 25 км *количество квадратов, размером 5 5 мм, + 1 км *количество квадратов, размером 1 1 мм.) Масштаб в 1 см: 10 км, соответственно в 1 см :100 км .

     Далее  устанавливают количество осадков (x ), мм, между соседними изогиетами для центров тяжести площадок:

x

     Среднее  количество осадков для всего  водосбора находят как средневзвешенную  величину:

3.Способ  средневзвешенных  площадей. 

     На  карту водосбора наносят все  станции данного бассейна, соединяются  прямыми линиями. Образуется сеть  треугольников. Из середины стороны  каждого треугольника проводятся  перпендикуляры до их взаимного  пересечения. Точки пересечений определяют границы участков, тяготеющих к данной станции.

     Определив  эти площади планиметром или  посчитав количество квадратов  определённой площади (масштаб  в 1 см : 10 км,  соответственно в  1 см : 100 км ) по следующей формуле:

 f = (100 км *количество квадратов, размером 10 10 мм, + 25 км *количество квадратов, размером 5 5 мм, + 1 км *количество квадратов, размером 1 1 мм.), мы вычислим среднее количество осадков для водосбора, мм:

где х – осадки каждой станции, мм; – площадь водосбора, тяготеющая к данной станции, км . 

Задание №2.

Согласно варианту №16, необходимо определить среднее количество осадков для водосбора способом изогиет. 

Дано:

 
Решение:

     На карту бассейна наносим все метеостанции и выписываем количество осадков на каждой из них. По этим данным проводим изогиеты (прямые горизонтальные линии, которые наносим на карту водосбора (Рис.4), при этом определяем местонахождение изогиет только с целыми значениями и через 20 единиц) путём интерполяции между соседними станциями.

     Интерполяция. Для определения координаты линии одинакового количества осадков мы,

во – первых, определяем цену деления: расстояние (в миллиметрах) между двумя соседними метеостанциями делим на разницу в количестве осадков, зарегистрированных на этих станциях; 

во – вторых, цену деления умножаем на разницу в значениях количества осадков, зарегистрированных на одной из станций и искомой изогиеты, полученное значение в миллиметрах отложить линейкой от этой станции – эта точка является координатой искомой линии одинаковых осадков.

Проверка:

1. 630 – 625 = 5;  (2,92 5) + 58,40 = 73,00;
2. 610 – 602 = 8;  (4,69 8) + 70,35 = 107,87;
3. 590 – 588 = 2;  (6,92 2) + 83,04 = 96,88;
4. 570 – 562 = 8;  (1,65 8) + 29,70 = 42,90. 
    
   

     Затем  путём подсчёта клеток миллиметровки  определяем площади ( , км ) бассейна между изогиетами:  f = (100 км количество квадратов, размером 10 10 мм, + 25 км количество квадратов, размером 5 5 мм, + 1 км количество квадратов, размером 1 1 мм.) Масштаб в 1 см : 10 км, соответственно в 1 см :100 км . 
 
f₁ = (100 км 7) + (25 км 42) + (1 км 1639) = 3389 км ; 
f₂ = (100 км 20) + (25 км 104) + (1 км 2816) = 7416 км ; 
f₃ = (100 км 31) + (25 км 149) + (1 км 3987) = 10812 км ; 
f₄ = (100 км 15) + (25 км 83) + (1 км 2612) = 6187 км ; 
f₅ = (100 км 8) + (25 км 52) + (1 км 1490) = 3590 км . 

     Далее  устанавливаем количество осадков (x ), мм, между соседними изогиетами для центров тяжести площадок:

x . 
 
х₁ = ;

х₂ = ; 
х₃ = ;

х₄ = ; 
х₅ = . 

     Среднее  количество осадков для всего  водосбора находим как средневзвешенную величину:

. 

. 

Ответ:

     Среднее  количество осадков для всего  водосбора  мм. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.4. Карта водосбора. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задание №3. 

Виды  и типы осадков. 

Атмосферные осадки — вода в жидком или твёрдом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность и различные предметы. Осадки — одно из звеньев влагооборота на Земле. 

Осадки измеряются толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах (1 мм соответствует массе осадков 1 кг, выпавших на площадь 1 м ). Измерение осадков выполняется дождемерами, осадкомерами, плювиографами на метеорологических станциях, а для больших площадей — с помощью радиолокации.

В среднем на земном шаре выпадает около 1000 мм осадков  в год, а в пустынях и в высоких  широтах — менее 250 мм в год. Интенсивностью осадков называют количество осадков, выпадающих за единицу времени (например, 1 ч). 

Многолетнее, среднемесячное, сезонное, годовое количество осадков, их распределение по земной поверхности, годовой и суточный ход, повторяемость, интенсивность являются определяющими  характеристиками климата, имеющими существенное значение для сельского хозяйства и многих других отраслей народного хозяйства. 
 

Осадки  классифицируют по:

1. фазовому состоянию;
2. характеру их выпадения;
3. форме частиц.

1. По  фазовому состоянию  различают:

• жидкие осадки (дождь);

• твёрдые осадки (снег, крупа, град, ледяной дождь);
• смешанные осадки (снег с дождём, град с дождём, мокрый снег и т.д.)

Фазовое состояние  выпадающих осадков зависит от условий  их образования и выпадения, прежде всего от температурного режима. Эти условия определяют также и форму частиц.   

Дождь может  возникнуть как в результате происходящих в облаке процессов укрупнения жидких частиц благодаря конденсации (переход вещества в жидкое или твёрдое состояние из газообразного) и коагуляции (объединение мелких частиц в более крупные под влиянием сил сцепления), так и в результате таяния образовавшихся в облаке твёрдых частиц при их падении через слои с положительной температурой воздуха. 

Процесс образования  твёрдых осадков слагается из замерзания капель или сублимационного образования кристаллических частиц, роста образовавшихся ледяных частиц за счёт диффузионных процессов и коагуляции ледяных частиц с каплями или друг с другом. Наиболее благоприятны условия для роста кристаллических частиц в облаках смешанного строения.  

Выпадающие  из облаков осадки: дождь, морось, град, снег, крупа.

Осаждающиеся  из воздуха осадки: роса, иней, изморозь, гололёд. 

2. По  характеру выпадения осадков их разделяют на три типа:

• обложные осадки (связанные преимущественно с тёплыми фронтами);
• ливневые осадки (связанные с холодными фронтами);
• моросящие осадки (морось).

Классификация осадков. 

ОСАДКИ, ВЫПАДАЮЩИЕ НА ЗЕМНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ. 

Обложные  осадки.

Это продолжительные и распространяющиеся на большую площадь осадки средней интенсивности. Начинаются и прекращаются постепенно. Характеризуются монотонностью выпадения без значительных колебаний интенсивности (их интенсивность составляет от 0,5 до 1 мм/мин). Длительность непрерывного выпадения составляет обычно несколько часов (а иногда 1– 2 суток), но в отдельных случаях слабые осадки могут длиться полчаса – час. Выпадают в виде дождя и снега (иногда мокрого), обычно из облаков нижнего и среднего ярусов (слоисто – дождевых или высоко – слоистых); при этом в большинстве случаев облачность сплошная (10 баллов) и лишь изредка значительная (7 – 9 баллов, — обычно в начале или конце периода выпадения осадков). Иногда слабые кратковременные (полчаса – час) обложные осадки отмечаются из слоистых, слоисто – кучевых, высоко – кучевых облаков, при этом количество облаков составляет 7 – 10 баллов. В морозную погоду (температура воздуха ниже −10…–15°) слабый снег может выпадать из малооблачного неба.  

Виды  обложных осадков: 

• Дождь — жидкие осадки в виде капель диаметром от 0,5 до 5 мм. Отдельные капли дождя оставляют на поверхности воды след в виде расходящегося круга, а на поверхности сухих предметов — в виде мокрого пятна.

Переохлаждённый дождь — жидкие осадки в виде капель диаметром от 0,5 до 5 мм, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…−10°, иногда до −15°) — падая на предметы, капли смерзаются, и образуется гололёд. 

Ледяной дождь — твёрдые осадки, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…−10°, иногда до −15°) в виде твёрдых прозрачных шариков льда диаметром 1− 3 мм. Внутри шариков находится незамёрзшая вода — падая на предметы, шарики разбиваются на скорлупки, вода вытекает и образуется гололёд. 

• Снег — твёрдые осадки, выпадающие (чаще всего при отрицательной температуре воздуха) в виде снежных кристаллов (снежинок) или хлопьев. При слабом снеге горизонтальная видимость (если нет других явлений — дымки, тумана и т. п.) составляет 4 −10 км, при умеренном 1 − 3 км, при сильном снеге — менее 1000 м (при этом усиление снегопада происходит постепенно, так что значения видимости 1 − 2 км и менее наблюдаются не ранее чем через час после начала снегопада). В морозную погоду (температура воздуха ниже −10…−15°) слабый снег может выпадать из малооблачного неба. Отдельно отмечается явление мокрый снег — смешанные осадки, выпадающие при положительной температуре воздуха в виде хлопьев тающего снега.

• Дождь со снегом — смешанные осадки, выпадающие (чаще всего при положительной температуре воздуха) в виде смеси капель и снежинок. Если дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков намерзают на предметы и образуется гололёд.

Ливневые  осадки.

Это осадки неустойчивых воздушных масс и холодных фронтов (в виде дождя, снега, крупы, града). Характеризуются внезапностью начала и конца выпадения, резким изменением интенсивности. Длительность непрерывного выпадения составляет обычно от нескольких минут до 1 − 2 часов (иногда несколько часов, в тропиках — до 1 − 2 суток). Нередко сопровождаются грозой и кратковременным усилением ветра (шквалом). Выпадают из кучево-дождевых облаков, при этом количество облаков может быть как значительным (7 − 10 баллов), так и небольшим (4 − 6 баллов, а в ряде случаев даже 2 − 3 балла). Главным признаком осадков ливневого характера является не их высокая интенсивность (ливневые осадки могут быть и слабыми), а именно сам факт выпадения из конвективных (чаще всего кучево − дождевых) облаков, что и определяет колебания интенсивности осадков. В жаркую погоду слабый ливневый дождь, может выпадать из мощно – кучевых облаков, а иногда (очень слабый ливневый дождь) — даже из средних кучевых облаков.