Устройство для определения теплового баланса поверхности почвы

855 С 8между собой, как указано на фиг. 1. В эти желобки уложена константа. новая или м 1 ангайиновая проволока в шелковой изоляции.Профиль желобков делается гаким, чтобы проволока при укладке полностью и плотно погружалась в желобки. Диаметр и длина проволоки подбирается так, чтобы при пользовании определенным чсточни. ком тока обеспечить выделение тепла в проволоке в количестве 100 - 150 кал 1 мин,После укладки проволоки сверху кладется второй медный диск 3, толщиной около 0,5 мм с никелированной наружной поверхностью. Оба диска 1 и 3 во многих точках скрепляются между собой заклепками,К внешней поверхности диска 1 прикреплены нечетные спаи 4 термобаареи, состоящей из 15 термопар, выполненных из медных и константановых электродов. Четные спаи 5 термобатареи вынесены за пределы диска на 10 всм, а для придания большей устойчивости электроды термобатареи прикреплены в своей средней части к целлулоидной пластинке б. При этом электродам придается небольшой изгиб, чтобы обеспечить плотное прилегание четных спаев 5 к поверхности почвы. Концы термобатареи присоединены к гальванометру, шкала которого может быть отградуирована непосредственно в градусах температуры для отсчета разности температур четных и нечетных спаев термобатареи,Поверхность диска 1, вместе с прикрепленными к ней нечетными спаями термобатареи, окрашена окисью магния, Четные спаи термобатареи окрашены под цвет грунта тонким слоем целлулоидного лака в смеси с измельченной почвой. Диски скреплены с вакуумным сосудом 7, заключенным в фибровый футляр 8.Диски при хранении и транспортировке закрываются крышкой 9.Для определения количества тепла, затрачиваемого на испарение влаги с поверхности почвы, лишенной травы, устройство монтируется в .оответствии с фиг. 3. Медная пластинка 1 кладется на поверхность земли так, чтобы ее нижняя плоскость (т. е. та, которая покрыта медным диском 3) всей поверхностью соприкасалась с землей, В цепь термобачареи включен гальванометр 10, при помощи которого можно судить о равенстве (или неравенстве) температур;внешней поверхности диска (спаи 4) и поверхности земли (спаи 5). Так как применение приоора ограничивается в случае, когда имеет место конденсация водяных паров на поверхности почвы, то при этом температура 1, пластинки будет меньше, чем температура 1 естественной поверхности почвы. Выравнивание температур достигается пропусканием электрического тока по нагревателю, монтированному в желобках 2 пластинки 1. Силу тока регулируют реостатом 11 и измеряют при помощи амперметра 12,Устройство устанавливают на поверхности почвы на время наблюдения, т. е. примерно на 10 мин.Благодаря тому, что теплопроводность красной меди в 500 - 1000 раз больше теплопроводности грунта, можно считать, что медная пластина практически не задерживает тепловой поток,Уравнение теплового баланса поверхности почвы, лишенной растительности, как известно, имеет вид:где: 5 - радиационный баланс подстилающей поверхности;В - теплообмен в почве;1, - теплообмен между почвой и воздухом;Р - -,епло, затрачиваемое на испапение с поверхно ти почвы.В свою очередь: 5 =1+ 0 - Я - Е (2)85508 где: 1 - напряжение прямой радиации на горизонтальню поверхность;0 - диффузная радиация;Й - отраженная радиация;Е, - эффективное излучение.При 11 =- 12 уравнение теплового баланса пластины будет иметь вид: 51+ Я=-В - 1.,(3) где: 5, - радиационный баланс пластиньц Я - компенсационное тепло, приходящееся на единнцу поверхности пластины. 5, можно представить в виде:51= (1 - К) (1+ й) - Е, - (а, - а) ЬТ, (4).где: К - коэффициент отражения пласгины для коротковолновойрадиации;а, - коэффициент, характеризующий излучательную способность пластины (окиси магния);а - коэффициент, характеризующий излучательную способностьповерхности почвы;Т - абсолютная температура поверхности почвы;6 - постоянная излучения,Из уравнений (1) и (3) находим: Р = 5 - 51 - Я,Подставляя значения 5 и 5, из уравнений (2) и (4) получим: Г = К(1+ О) - Л + (а, - а) оТ" - О. (5) В= Я 2 - Нн Таким образом, определяя по предлагаемому прибору Я и измеряя 1, В, Я и Т, легко вычислить величину К Для окиси магния коэффициенты К и а известны, для различных почв коэффициент а также известен.Для определения теплового потока В, направленного от поверхности вглубь почвы (что имеет место обычно в дневные часы), устройство монтируется в соответствии с фиг. 4. Медная пластинка является одновременно крышкой теплоизолирующего сферического стеклянного сосуда с зеркальной внутренней поверхностью и двойными стенками, между которыми создан вакуум.Медная пластинка 1 кладется на поверхность почвы так, чтобы ее верхняя плоскость, т. е. та, на которой расположены спаи 4 1 ермобатареи, всей поверхностью соприкасалась с землей. При этом измерении ни верхняя поверхность пластинки 1, ни спаи 4 термобатареи, окисью магния не окрашиваются. Сверху на пластинку устанавливается вакуумный сосуд 7, освобожденный от футляра 8. Электрическая схема измерения и нагрева такая же, как и в предыдущем спределении, Выравнивание температур почвы и пластинки достигают пропусканием электрического тока по нагревателю пластинки 1, регулируя силу тока реостатом 11 и измеряя ее при помощи амперметра 12.Для поверхности почвы, находящейся под пластинкой, 5 = О; Г=ОиЛ=О.Уравнение теплового баланса для этой поверхности можно написать в виде:85508 где Я 2 - компенсационное тепло, приходящееся на единицу поверхности одной стороны пластины;Н, - теплообмен между пластиной и внешним воздухом, совершающийся через вакуумный сосуд.В ночные часы этим прибором определять величину теплового потока в почве нельзя, так как ночью тепловой поток обычно быгает направлен из глубины к поверхности почвы и вследствие этого 1 емпература поверхности почвы над пластиной окажется выше чем у окружающего грунта.Производя одновременно с определениями В измерения вертикального температурного градиента в верхнем слое почвы, можно вычислить коэффициенттеплопроводности и грунта Х, пользуясь формулой: В= - )Ы 5 Я=1.+Н,(7) где: 5, - радиационный баланс пластинки;Я - компенсационное тепло, приходящееся на единицу поверхности одной стороны пластины;Н - теплообмен между пластинкой и почвой, совершающийся через вакуумный сосуд.Представим 5, в виде: 51 1 + 0 Яр вр(8) где: 1 - напряжение прямой радиации на горизонтальную поверхность;0 - диффузная радиация;Я - радиация, отраженная от пластинки;в, - эффективное излучение пластинки, равное разности излучений пластинки (ср) и атмосферы (Е ),Так как: Рр -- К(1 - 0),где: К - коэффициент отражения поверхности пластинки (окиси магния) для коротковолновой радиации и Е Е +(а, а)И,4 Для оперделения величины теплообмена 1. между почвой, лишенной травы, и воздухом, устройство монтируется в соответствии с фиг. 5.Устройство вместе с футляром, в котором заключен вакуумный сосуд, устанавливается в почву в заранее заготовленное углубление по размеру прибора так, чтобы медная пластинка с термоспаями оказалась на уровне почвы. Электрическая схема измерения и нагрева такая же, как и в предыдущих определениях.Выравнивание температуры почвы 1 и температуры пластинки 11 достигается пропусканием электрического тока по нагревателю пластинки 1. Силу тока регулируют реостатом 11 и измеряют при помощи амперметра 12.Так как при 1, =1, теплообмен между пластинкой и воздухом равен теплообмену между почвой и воздухом 1 уравнение теплового баланса пластинки можно написать в виде:М 85508 которая получается из равенства (10) подстановкой:Е, =1+0 - 1 - 5,где: Я - радиация, отраженная от поверхности земли.Для ночного времени 1= 0; 0 = 0 и Я=О, уравнение 10 в этомслучае приобретает более простой вид:1. = Я + в, - (а - а) б Т 4 - Н.(12) При определении 1, для коэффициентов можно принять следующие значения: К = 0,95; а - величина такого же порядка. Исследования лучеиспускательной способности поверхности различных почв позволяют с достаточным приближением оценить величину а. Величина Н может быть учтена на основании лабораторных исследований.Таким образом при определении 1. необходимо производить актинометрические наблюдения, а также определять температуру поверхности почвы Т,Описанный метод становится неприменимым при конденсации водяных паров на поверхности почвы и на приборе. где: Е, - эффективное излучение земли,а, и а - коэффициенты, соответственно характеризующие излучательные способности пластинки и поверхности почвы;Т - абсолютная температура поверхности почвы;6 - постоянная излучения,то можно представить 5, в виде:5 = (1 - К) (1+ й) - в, (а - а) оТ 4 (9)Учитывая равенство (9), находим из равенства (7) выражение для= (1 - К) у+В) - ;, - (а, - а)ЬТ 4+ 0 - Н, (10)Если величина радиационного баланса 5 определяется непосредственно с помощью балансомера, то для расчетов 1 удобнее пользоваться формулой, не содержащей Е,Е =5+Я - К(1+0) (а, а)бТ 4+ Я НПредмет изобретения1. Устройство для определения теплового баланса поверхности почвы, принцип действия которого основан на исключении отдельных компонентов теплового баланса с одновременной компенсацией недостающего в результате этого количества тепла при помощи электронагревателя, вмонтированного в медную пластинку, являющуюся основной ч астью устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью определения тепла, затрачиваемого на испарение влаги с поверхности почвы, внешняя поверхность медной пластинки с прикрепленными к ней нечетными спаями термобатареи, окрашена окисью магния, а четные спаи термобатареи, удаленные от края пластинки на 1 О - 12 см, окрашены под цвет почвы,2. Устроиство по и, 1, отл и ч а ю шее с я тем, что, с целью. определения теплового потока, направленного от поверхности вглубь почвы, медная пластинка является одновременно крышкой теплоизолирующего сферического стеклянного сосуда с зеркальной вну 1 ренней поверхнос "ью и двойными стенками, между которыми создан вакуум, причем во время измерения прибор кладется пластинкой на поверхность земли.М 855 С 83. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, с целью определения тсплообмена между почвой и воздухом, вакуумный сосуд заключен в футляр, который при измерениях устанавливается в углубление в почве так, чтобы медная пластинка с термоспаями оказалась на уровн почвы.КаКпят85508 фиг. 3 ктор М. А Мро Техред В. И. Сушкеви Евдокимо рек мат бум, 70(1081/1 аТираж 220по делам изобретений и открытийе Министров СССРМ. Черкасский пер., д. 2/6 Объем 0,61 изд. л Цена 12 кон Типография ЦБТИ Комитет при Совете Министров Подп. и печ 17.Х 1-61 г. ФоЗак, 5707ЦБТИ при Комитетепри СовеМосква, Центр,о делам изобретений и открытийССР, Москва, Петровка, 14.