MERENJE ATMOSFERSKIH PADAVINA

Transcript

1 MERENJE ATMOSFERSKIH PADAVINA Kišomer - pluviomer - ombromer je instrument za merenje količine padavina u nekom vremenskom periodu. To je metalna posuda cilindričnog oblika, sa presekom od 200 cm². Na dnu cilindra se nalazi uska staklena menzura, na kojoj je skala sa koje se direktno očitava visina nivoa vode. Kišomer se postavlja na stub visine 1-2 m na određenoj udaljenosti od objekata koji bi inače ometali tačno mjerenje

2 Kišomer

3 Kišomer

4 Pluviograf Pluviograf ili ombrograf je instrument za neprekidno zapisivanje količine padavina. Najčešće jekonstruisan naprincipu plovka u savijenoj cevi spojenom sa cilindrom za primanje padavina. Linija koja se dobija ovim instrumentom se zove pluviogram. Pluviografom je moguće trenutno očitanje, u mm/h ili mm/minuti.

5 Pluviograf sa plovkom Radi na principu sakupljanja ki[e u cilindričnu posudu u kojoj je plovak. Vertikalno pomeranje plovka se pomoću poluge prenosi na pero koje ostavlja trag na papiru (pluviogram). Papir je namotan na dobošu koji pokreće satni mehanizam. Kada se posuda napuni vodom (10 mm kiše) sifonski uređaj naglo prazni posudu i dovodi plovak, odnosno pero na nulti položaj. Rezultat registrovanja pomoću pluviografa je sumarna linija pale kiše (visina kiše u funkciji vremena) u dijapazonu od 0 do 10 mm. Pluviograf može raditi i zimi ako se u njega ugradi uređaj za zagrevanje i obezbedi njegovo napajanje

6 Pluviograf

7 Pluviograf sa klackalicom Sastojise izjedneposudekojajepodeljenau dvadelai koja balansira oko horizontalne osnove. Sakupljena voda od atmosferskih padavina dovodi se u gornji deo posude. U momentu potpunog punjenja ovog dela posuda se prevrće i trenutno prazni, tako da se drugi deo posude podiže i počinje da se puni. Kretanje posude gore-dole se putem električnog kontaktuređaja prenosi u sistem daljinskog merenja padavina, što predstavlja glavnu prednost ovog instrumenta. Registrovanje pale kiše može se vršiti i mehaničkim putem, pri čemu zapis predstavlja stepenastu kumulativnu liniju, a rastojanje između stepenica predstavlja vreme koje je potrebno da padne jedna mala količina kiše ekvivalentna zapremini jednog dela posude instrumenta, reda veličine od mm

8 Pluviograf sa klackalicom

9 Pluviograf sa vagom Radi na principu kontinualnog merenja težine posude u koju se dovodi zahvaćena kiša. Nedostatak ovog uređaja je što se posuda ne prazni automatski. Za sprečavanje isparavanja vode iz posude za vreme dugotrajnih kiša slabog intenziteta, u posudu se dodaje ulje radi formiranja tankog sloja na površini vode

10 PLUVIOGRAF SA VAGOM

11 PLUVIOGRAM milimetri h 4h

12 Pluviografska traka

13 Totalizator Je instrument pomoću kojih se meri ukupna suma padavina za duži vremenski period. Postavljaju se na teško pristupačnim terenima. Zapremina totalizatora je znatno veća i iznosi 80 l kako bi mogao da prikupi atmosferske padavine između dva merenja. Otvor totalizatora je isti kao kod običnog kišomera (200 cm 2 ) i postavlja se na 3 m iznad terena. Za topljenje snežnih padavina u posudu se sipaju određeni rastvori koji ubrzavaju proces topljenja snega. Isparavanje iz posude sprečava se dodavanjem vazelinskog ulja (ili drugih supstanci) koje plivaju na površini sakupljene vode. Totalizator se obično prazni jednom mesečno ili kada vremenske prilike dozvoljavaju, ali najmanje dva puta godišnje

14 TOTALIZATOR

15 KVANTITATIVNE KARAKTERISTIKE ATMOSFERSKIH PADAVINA KOLIČINA PADAVINA izražava se preko sloja padavina P (mm) ZAPREMINA PALE VODE V je proizvod sloja padavina i površine sliva F (m 2 ) V = P F INTEZITET KIŠE i je srednja količina padavina (mm) koja je pala za 1 minut i = P τ gde je T trajanje kiše u minutama

16 METEOROLOŠKA SILA KIŠE - Δ - služi kao karakteristika za određivanje intenziteta kiše Δ = odnosno i = Δ τ P i = P τ PRIHOD ATMOSFERSKIH PADAVINA S je količina padavina koja je pala na sliv za jednu sekundu S = V T

17 MODUO ATMOSFERSKIH PADAVINA M o je količina atmosferskih padavina (u litrima) koja je pala u toku jedne sekunde na slivnu površinu od 1 km 2. M 0 = 1000 F S gde je: F površina sliva u km 2

18 PROSEČNE PADAVINE U SLIVU SVRHA za izradu vodnog bilansa i utvrđivanje odnosa između padavina, oticaja, isparavanja i drugih hidroloških veličina METODE PRORAČUNA METOD ARITMETIČKE SREDINE P sr m P gde su m - broj stanica Pi - padavine na i-toj stanici n i= = 1 i

19 METOD THIESSEN-ovih POLIGONA na karti određene razmere ucrtaju se tačke u kojima se mere padavine; povlače se pomoćne linije koje spajaju sve susedne padavinske stanice na mapi; konstruišu se simetrale pomoćnih linija koje formiraju mrežu zatvorenih poligona, po jedan poligon oko svake stanice

20 METOD THIESSEN-ovih POLIGONA Podgorac Valja Soka Crni Timok Radovanska reka Krivi Vir Boljevac Lukovo Mirovska Reka

21 TEŽINSKI KOEFICIJENT PONDER računa se po formuli w i = fi F PROSEČNA VISINA PADAVINA ZA ODREĐENI SLIV dobija se po jednačini P = n n wi Pi = i= 1 i= 1 f i Pi F

22 METOD IZOHIJETA Crtaju se izohijete (linije koje povezuju sva mesta sa istim padavinama) na kartama pogodne razmere. Za naše prilike to su karte R = 1 : R = 1 : na kojima postoje visinska predstava sa glavnim izohipsama

23 OSNOVNI PRINCIPI PRI CRTANJU IZOHIJETA na topografskoj karti sliva označavaju se visine padavina u tačkama obeleženih lokacija padavinskih stanica; uspostavlja se zavisnost između visine padavina i nadmorskih visina padavinske stanice, s ciljem definisanja gradijenta porasta padavina sa visinom na razmatranom prostoru; iscrtavaju se izohijete oko stanica na kojima je izmerena najveća visina padavina, vodeći računa o gradijentu promene padavina sa visinom; vrši se linearna interpolacija vrednosti padavina po prostoru sliva respektujući vrednosti visina padavina na obeleženim lokalitetima padavinskih stanica i definisanje gradijenta promene padavina sa visinom; na osnovu ovlaž markiranih interpolovanih vrednosti padavina iz razmatranog sliva, povlače se glatke linije između vrednosti koje označavaju iste visine padavina (celobrojne vrednosti - izohijete).

24 Ku~aj 850 Krivi Vir Lukovo 760 Podgorac 690 Bogovina Boljevac Valja Soka Crni Timok Radovanska reka Mirovska Reka KARTA SA IZOHIJETAMA

25 SREDNJA VREDNOST PADAVINA ZA DATO SLIVNO PODRUČJE dobija se po sledećoj jednačini P = n i= 1 f i P F i

26 HIPSOMETRIJSKI METOD Na karti pogodne razmere nanese se sliv (izohipse terena) sa lokacijama stanica, njihovim rednim brojem i visinom osmotrenih padavina za zadato trajanje (slika A); Za isti sliv se konstruiše hipsometrijska kriva (slika B); Zatim se konstruiše dijagram zavisnosti visine osmotrenih padavina za svaku stanicu u funkciji nadmorske visine istih stanica P = f(z) (slika C); Na bazi prethodna dva dijagrama (hipsometrijske krive i krive padavina) konstruiše se kriva visine padavina u funkciji površine sliva P = f(a) (slika D); Nakon ovoga određuje se površina ispod krive P = f(a) koja predstavlja ukupnu zapreminu vode pale na sliv u određenom vremenskom intervalu.

27 A) analizirani sliv z,n C) P w - ukupna zapremina padavina A - Povr{ina sliva n - Broj stanice z - Nadmorska visina P i - Visina izmerenih padavina u ta~ki P - Prose~na visina padavina u slivu P =P / A w n z Pi P=f(z) 72 P (mm) Z (mm) A D) 50 P w n B) 80 A (km 2 ) Hipsometrijska kriva sliva A = f(z) ODREĐIVANJE ZAPREMINE I PROSEČNE VISINE PADAVINA U SLIVU P = f(a)

28 PROSEČNA VISINA PADAVINA se dobija po sledećoj jednačini P = W F gde je: W ukupna zapremina pale vode F ukupna površina sliva

29 METODA PADAVINSKIH POVRŠI A' A B' C' B P x y z = 000 P ( x, y, z) dxdydz C

30 KIŠE JAKOG INTENZITETA i = INTEZITET odnos padavina P (u mm) i trajanja kiše τ (u minutima) dp dt SREDNJI INTEZITET KIŠE se smanjuje sa povećanjem trajanja kiše τ po zakonu i τ i τ = = Δ τ n Δ ( a + b τ ) m

31 SLOJ PADAVINA P se smanjuje sa povećanjem površine F na kojoj je kiša pala po hiperboličnom zakonu P P0 = 1 + kf c gde su: Δ, a, b, c, k, n, m, P o parametri koji karakterišu određenu kišu ili grupu kiša sa istim slojem Parametar Δ (meteorološka sila kiše) karakteriše maksimalni intezitet kiše pri τ 0 Parametri n i m pokazuju stepen opadanja srednjeg inteziteta sa povećanjem τ i nazivaju se parametri redukcije Parametar c je pokazatelj redukcije sloja kiše po površini Parametar P o je maksimalan sloj kiše u tački (pri F 0)

32 i (mm/min) 3 2 i= 2.2 mm/min 1 i = i 1 2 i > i i 1 i 2 SREDNJE MAKSIMALNI INTENZITETI KIŠA 0 10 min t (min) i (mm/min) 3 2 i = i 1 2 i < i 1 2 i= 2.0 mm/min 2 1 i 1 i min t (min)

33 Ukoliko su parametru a = b = 1 tada sledi i τ = Δ (1 + τ ) m odnosno P τ = i τ τ = Δ τ (1 + τ ) m REGIONALNA ZAVISNOST za maksimalnu slivu kiše Δ za različite povratne periode N glasi Δ = A + B log N gde su A i B parametri koji karakterišu maksimalni intezitet kiše u različitim geografskim i fizičkim uslovima. Određuju se na bazi obrada pluviografskih traka. N ukupan broj godina u toku kojih će se u proseku pojaviti bar jedna kiša sa maksimalnim intenzitetom Δ

34 REDUKCIONA KRIVA KIŠE JAKOG INTENZITETA metoda ALEKSEJEVA REDUKCIONA KRIVA KIŠE JAKOG INTEZITETA predstavlja odnos sloja kiše trajanja τ (P τ ) i 24-oročasovne kiše P 24. ψ ( τ ) = p P P τ,p dn,p REDUKCIONA KRIVA KIŠE SREDNJEG INTEZITETA ψ ( τ ) p = ψ p ( τ ) τ Svrha služi da se na svakoj stanici, gde postoje 24-oročasovna osmatranja, odrede slojevi kiša i srednjeg intenziteta za kiše kraćih trajanja.

35 NA OSNOVU PLUVIOGRAFSKIH STANICA Redukciona kriva kiše maksimalnog intenziteta ψ ( τ ) = p P P τ,p dn,p Redukciona kriva kiše srednjeg intenziteta ψ p( τ ) ψ ( τ ) = = τ I P dψ p( τ ) ψ ' ( τ ) = = dτ τ,p dn,p Redukciona kriva kiše minimalnog intenziteta na kraju τ I P τ,p dn,p

36 NA OSNOVU KIŠOMERNIH STANICA SA P dn,p HOMOGEN REGION Maksimalna visina kiše P, p = ψ ( τ τ ) Pdn,p Maksimalni srednji intenzitet I τ, p = ψ ( τ ) Pdn,p Minimalni intenzitet na kraju τ I = ψ' ( τ ) P τ, p dn,p

37 SNEG Pod pojmom sneg nazivaju se čvrste padavine koje nastaju za vreme temperatura nižih od 0 o C. PRI PADANJU postoje tri vrste snega Pahuljice heksagonalnog oblika (uglavnom pločaste) Male sferične čestice, i Fine ledene iglice OBLIK SNEGA se menja od prostih stubića iglica) i pločica (kao zvezde) do složenih oblika. Objašnjava se složenim atmosferskim uslovima na koje kristali leda nailaze pri padanju. SNEG SE MENJA pod uticajem Sopstvene temperature Vetra (sabija sneg više u šumama nego na otvorenom terenu) Temperatura iznad nule pahuljice se razvijaju i nastaje prekristalizacija pod dejstvom topljenja, smrzavanja i sabijanja

38 Pahulje Snežna pahulja nije najmanji delić snega. Ako se pogleda pažljivije uočava se da je pahulja nakupina većeg ili manjeg broja snežnih kristala različitog oblika. Olaf Magnus je prvi, još u 16. veku upozorio na zvezdaste oblike snežnih kristala. Otkrićem mikroskopa, a kasnije i mikrofotografisanja snežni kristali su se mogli detaljnije analizirati. U Wermontu u SAD na prelazu iz 19. u 20. vek. ljubitelj prirode i fotograf W.A.Bentley tokom 50 godina napravio je zbirku od 5000 snimaka snežnih kristala, a da se pri tom u zbirci nisu nalazile dve fotografije kristala istih oblika. Kasnije su ove fotografije koristili mnogi umetnici i brusači dragog kamenja.

39 Pahulja Neke od fotografija pahulja W.A.Bentley

40 SADRŽAJ SNEGA mešavina je pahuljica, ledenih kristala i vode, UZROČNIK JE veoma često u kombinaciji sa padavinama pojave POPLAVA na rekama KORISTAN JE kada je topljenje snega sa planina obavlja u kasno proleće ili rano leto povećava male vode koje se koriste za snabdevanje vodom, navodnjavanje, plovidbu i korišćenje vodnih snaga. FIZIKA SNEGA Provodljivost toplote zavisi od gustine snega. Postoji stalna izmena toplote između vazduha i snega. Na sneg utiču; provodljivost toplote iz zemljišta, temperatura, vetar, dejstvo vodene pare iz vazduha a posebno toplote pri kondenzaciji, dobijena od toplote kiše, oblačnosti, radijacije i dr. Kapacitet snega za vodu je velik. Sneg može da zadrži značajne količine vode i naglo ih ispusti (važno za prognozu).

41 VODNI EKVIVALENT SNEGA dobija se kada se kristali leda pretvore u vodu, odnosno kada se ceo sneg pretvori u vodu zajedno sa sadržanom vodom. TOPLOTNI KAPACITET SNEGA podrazumeva se odnos potrebne toplote za topljenje snega prema toploti za topljenje iste količine leda. Kreće se od 0.5 do 1.0. MERENJE SNEGA vrši se od početka ovog veka pomoću Kišomera (u svom vodenom ekvivalentu) Platforme sa letvama (visina h s ) Visina h s bez gustine snega ρ s ne daje zalihe vode h v. h v = ρ h s s - Gde je ρ s = P W P težina snega u gramima W zapremina u cm 3 Visina snega h s se meri dnevno, a gustina ρ s se meri petodnevno.

42 PODELA SNEGA Svež sveg - ρ s = 0.1 Vlažan sneg ρ s = , pri najvećoj visini , a pri kraju zime Kašasti sneg ρ s = 0.5 Sneg firm (kristalasta zrnasta masa leda) ρ s = 0.5 Led firm ρ s = 0.85 Glečerski led ρ s = 0.90 KARAKTERISTIKE Kad padne novi sneg na stari, postoji tendencija izjednačavanja, gustine tako što kapilari novog snega povlače vodu iz kapilara starog snega, sve dok se proces ne homogenizuje, odnosno gustine ne izjednače. Pri početku topljenja gustina naglo se smanjuje (ρ s = 0.49 na 0.37) zbog topljenja jednog dela kristala leda povećavaju šupljine. Pred samo topljenje, kada je zasićena vodom, naziva se zreo sneg, a kad počne otpuštanje vode prezreo sneg. Zreli snegovi imaju gustinu ρ s = , a zavise od vrste snega i uslova ležanja.

43 Snegomer