60 лет осадкомерному полигону в Валдайском филиале Государственного гидрологического института (часть 1)

Цель создания осадкомерного полигона

В 2023 году исполняется 90 лет Валдайскому филиалу Государственного гидрологического института и 60 лет осадкомерному полигону, созданному на территории филиала.

О создании центров экспериментальных исследований, рассчитанных на многие годы, говорили учёные ещё в 60-х годах прошлого столетья. Такой центр был основан в Валдае в 1933 году и назван Валдайской научной исследовательской лабораторией (ВНИГЛ) Государственного гидрологического института (ГГИ Росгидромета), ныне Валдайский филиал ФГБУ «ГГИ» (ВФ ГГИ). Программа полевых экспериментальных гидрологических исследований основывалась на основных трех положениях, изложенных в монографии «Валериан Андреевич Урываев. Жизнь, отданная науке о воде»:

1. Изучение формирования гидрологического режима должно быть комплексным и организовано таким образом, чтобы в процессе этих работ по возможности производилось измерение всех или большинства составляющих водного баланса одновременно с изучением факторов, их определяющих. В связи с этим необходимо одновременно развивать изучение стока, осадков, испарения с почвы и воды, транспирации растений, режима грунтовых вод, влагооборота в почвогрунтах.

2. Для количественной оценки влияния отдельных факторов на изменение элементов водного режима должна быть возможность сравнивать результаты наблюдений, полученные на объектах, различающихся по какому-либо одному признаку (например, по степени залесённости или распаханности) при прочих равных условиях.

3. Непременным условием является создание долговременных, надежных в работе установок, снабженных новейшей аппаратурой, для получения в течение длительного времени надежных, сравнимых между собой данных.

На протяжении 90 лет на экспериментальных площадках ВФ ГГИ проводятся наблюдения и исследования элементов водного баланса, одним из которых являются атмосферные осадки. Атмосферные осадки являются основным источником формирования водных ресурсов территорий, и поэтому оценка точности их определения имеет важное значение при проведении как научных исследований, так и при решении водохозяйственных задач.

В первой половине ХХ века на осадкомерной сети бывшего СССР для измерения количества выпавших осадков использовался дождемер с защитой Нифера. Однако, было установлено, что данные измерений этим прибором ввиду его конструктивных особенностей не отражают фактического количества осадков, выпавших вблизи этого дождемера. В середине ХХ столетия в научной литературе неоднократно отмечалось, что точность существующей методики учёта осадков не соответствует возросшим требованиям науки и народного хозяйства, поэтому необходимо ее совершенствование. Вначале 1950-х годов на осадкомерной сети бывшего СССР была произведена замена дождемера с защитой Нифера на осадкомер конструкции Третьякова О-1. Многочисленные полевые испытания осадкомера Третьякова показали, что этот прибор улавливает выпадающие твердые и смешанные осадки существенно лучше, чем дождемер. Тем не менее, необходима была более точная оценка величины выявленных погрешностей измерений осадков, связанных с влиянием ветра на улавливание осадков, испарением осадков, попавших в осадкомер, прилипанием осадков к стенкам осадкосборника. Для этого требовалось научно обосновать и создать эталонную осадкомерную систему, измеряющую количество выпавших осадков с требуемой точностью, относительно которой можно было бы оценивать погрешности измерений осадков другими средствами измерений. Помимо этого, для уменьшения величины систематических погрешностей измерений требовалась разработка методики корректировки значений осадков, измеренных не эталонными средствами измерений. Эти задачи могли быть решены только на основании многолетних полевых исследований.

В связи с этим, в 1963 году, по инициативе директора ГГИ Урываева В.А., наряду с другими исследовательскими площадками, во ВНИГЛ был создан осадкомерный полигон, который предназначался для выполнения полевых испытаний методов измерения атмосферных осадков с целью оценки погрешностей получаемых результатов измерений и усовершенствования на этой основе методики наблюдений за осадками на сети стоковых и гидрометеорологических станций.

Общее количество приборов, которыми проводились наблюдения на осадкомерном полигоне на протяжении периода его существования насчитывает более 100 единиц. Помимо осадкомера Третьякова и дождемера Нифера, являющихся стандартными осадкомерами России, на полигоне выполнялись наблюдения по осадкомерам, применяемым в Венгрии, Германии, Польши, Финляндии, Франции, Канады, США. На полигоне также испытывались изготовленные по эскизам в экспериментальных мастерских ГГИ наземный дождемер университета г. Упсала (Швеция) и секционный дождемер (Китай).

Уникальность осадкомерного полигона

Особенностью осадкомерного полигона является то, что он состоит из двух площадок для измерений осадков - луговой площадки, открытой ветрам всех направлений, и кустарниковой, защищенной от большого влияния ветра массивом кустарника. Чтобы массив кустарника не оказывал существенного влияния на улавливание осадков осадкомерами на открытой площадке, кустарниковая площадка находится на некотором отдалении от луговой.

Поскольку результаты измерения осадков на кустарниковой площадке имеют наименьшую погрешность, а результаты измерений на луговой площадке – наибольшую, то, сравнением количества осадков, уловленных осадкомерами на открытой площадке, с количеством осадков, измеренных по осадкомерам на защищённой (кустарниковой) площадке, определяют погрешность улавливания осадков различными осадкомерами, которая может варьировать в широком диапазоне, в зависимости от природных условий, в которых установлены осадкомеры.

Особая уникальность осадкомерного полигона в ВФ ГГИ заключается в том, что на нём находятся четыре эталонные установки для измерений. Три из них - это осадкомерные установки, рекомендованные Всемирной метеорологической организацией (ВМО):

Первичный эталон (Валдайская контрольная система)

Вторичный международный эталон (осадкомер Третьякова в двойной заборной защите) для измерений всех видов осадков

Эталон для измерений жидких осадков (ямочный дождемер)

Четвертая эталонная установка - это испарительный бассейн с площадью водного зеркала 20м2, который получил признание ВМО в качестве международного эталона для определения испарения с водной поверхности (рисунок 7).

Продолжение читайте в следующей части