Дождемер (также известный как удометр , плювиометр , плювиометр , омброметр и гетометр ) — это инструмент, используемый метеорологами и гидрологами для сбора и измерения количества жидких осадков на заданной территории за определенный период времени. [1] Он используется для определения глубины осадков (обычно в мм), выпадающих на единицу площади, и измерения количества осадков.
Первые известные записи об осадках были сделаны древними греками примерно в 500 году до нашей эры. [ нужна цитата ]
Люди, живущие в Индии, начали регистрировать количество осадков в 400 году до нашей эры. [2] Показания коррелировали с ожидаемым ростом. В Артхашастре , используемой, например, в Магадхе , были установлены точные стандарты производства зерна. Каждое государственное хранилище было оборудовано дождемером для классификации земель в целях налогообложения. [3] Измерение количества осадков также упоминалось в еврейских текстах в Палестине. [4] В 1247 году китайский математик и изобретатель династии Сун Цинь Цзюшао изобрел датчики дождя и снега в бассейне Тяньчи для измерения дождя и снегопада, а также других форм метеорологических данных. [5] [6]
В 1441 году во время правления Седжона Великого из корейской династии Чосон был изобретен « Чёгуги» как первый стандартизированный датчик дождя. [7] [8] [9] В 1662 году Кристофер Рен в сотрудничестве с Робертом Гуком создал первый в Великобритании дождемер с опрокидывающимся ковшом . [7] Гук также разработал ручной манометр с воронкой, который проводил измерения на протяжении 1695 года.
Ричард Таунли был первым, кто провел систематические измерения количества осадков в течение 15 лет с 1677 по 1694 год, опубликовав свои записи в « Философских трудах Королевского общества» . Таунли призвал провести дополнительные измерения в других частях страны, чтобы сравнить количество осадков в разных регионах, [10] хотя, похоже, только Уильям Дерхем принял вызов Таунли. Они совместно опубликовали данные о количестве осадков в Таунли-Парке и Апминстере в Эссексе за период с 1697 по 1704 год. [11]
Натуралист Гилберт Уайт проводил измерения, чтобы определить среднее количество осадков с 1779 по 1786 год, хотя именно его зять Томас Баркер проводил регулярные и тщательные измерения в течение 59 лет, записывая температуру, ветер, атмосферное давление , количество осадков и облачность. . Его метеорологические записи являются ценным источником знаний о британском климате XVIII века. Ему удалось продемонстрировать, что среднее количество осадков сильно варьировалось от года к году с малозаметной закономерностью. [12]
.JPG/1280px-GeorgeJamesSymons(1838-1900).JPG)
Метеоролог Джордж Джеймс Саймонс опубликовал первый ежегодный том « Осадки в Великобритании» в 1860 году. Эта новаторская работа содержала данные об осадках со 168 наземных станций в Англии и Уэльсе. Он был избран в совет Британского метеорологического общества в 1863 году и посвятил свою жизнь исследованию осадков на Британских островах. Он создал добровольную сеть наблюдателей, которые собирали данные, которые возвращались ему для анализа. Он был настолько успешен в этом начинании, что к 1866 году он смог показать результаты, которые дали точное представление о распределении осадков, и количество регистраторов постепенно увеличивалось, пока последний том «Британских осадков», который он дожил до редактирования, за 1899 год, не содержал данные с 3528 станций — 2894 в Англии и Уэльсе , 446 в Шотландии и 188 в Ирландии . Он также собрал старые записи об осадках за более чем столетнюю историю. В 1870 году он подготовил отчет об осадках на Британских островах, начиная с 1725 года.
Из-за постоянно растущего числа наблюдателей возникла необходимость в стандартизации датчиков. Саймонс начал экспериментировать с новыми датчиками в своем саду. Он пробовал разные модели, различающиеся по размеру, форме и высоте. В 1863 году он начал сотрудничество с Майклом Фостером Уордом [13] из Калне , Уилтшир , который провел более обширные исследования. Исследования продолжались до 1890 года, в них участвовали Уорд и другие люди со всей Британии. Эксперименты были примечательны своим планированием, проведением и получением выводов. Результаты этих экспериментов привели к постепенному принятию хорошо известного стандартного калибра, который до сих пор используется Метеорологическим бюро Великобритании , а именно, изготовленного из «... меди, с пятидюймовой воронкой с латунным ободом длиной в один фут. над землей...» [14]
Большинство современных дождемеров обычно измеряют количество осадков в миллиметрах по высоте, собранных за определенный период, что эквивалентно литрам на квадратный метр. Раньше дождь записывался в дюймах или баллах, где один балл равен 0,254 мм или 0,01 дюйма. [15]
Показатели дождя считываются либо вручную, либо с помощью автоматической метеостанции (AWS). Частота чтений будет зависеть от требований коллекторского агентства. Некоторые страны дополнят оплачиваемого метеоролога сетью добровольцев для получения данных об осадках (и других типах погоды) для малонаселенных районов.
В большинстве случаев осадки не удерживаются, но некоторые станции предоставляют данные об осадках и снегопадах для тестирования, которое проводится для определения уровня загрязняющих веществ.
У дождемеров есть свои ограничения. Попытка собрать данные о дожде во время тропического циклона может быть практически невозможной и ненадежной (даже если оборудование выживет) из-за экстремальных ветров. Кроме того, дождемеры показывают количество осадков только в определенной области. Практически для любого калибра капли будут прилипать к стенкам или воронке собирающего устройства, так что их количество будет очень немного занижено, а капли размером 0,01 дюйма или 0,25 мм могут быть записаны как «следы » .
Другая проблема возникает, когда температура близка к нулю или ниже нуля. Дождь может попасть на воронку, а лед или снег могут собраться в датчике, блокируя последующий дождь. Чтобы облегчить эту проблему, манометр может быть оснащен автоматическим электрическим нагревателем, чтобы его поверхности, собирающие влагу, и датчик поддерживали температуру немного выше нуля.
Датчики дождя следует размещать на открытой местности, где нет зданий, деревьев или других препятствий, блокирующих дождь. Это также необходимо для предотвращения попадания воды, скопившейся на крышах зданий или листьях деревьев, в дождемер после дождя, что приведет к неточным показаниям.
.JPG/1280px-Automatic_Rain_gauge(Interior).JPG)
Типы дождемеров включают градуированные цилиндры , датчики веса, датчики опрокидывающегося ковша и просто подземные коллекторы. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки при сборе данных о дожде.
Стандартный дождемер Национальной метеорологической службы США , разработанный в начале 20-го века, состоит из воронки диаметром 8 дюймов (200 мм), опорожнение которой осуществляется в градуированный цилиндр диаметром 2,525 дюйма (64,1 мм), который помещается внутри контейнера большего размера. это 8 дюймов (200 мм) в диаметре и 20 дюймов (510 мм) в высоту. Если дождевая вода переполнит градуированный внутренний цилиндр, то ее поймает внешний контейнер большего размера. После проведения измерений затем измеряют высоту воды в малом мерном цилиндре, а избыток воды в большом контейнере осторожно переливают в другой мерный цилиндр и измеряют общее количество осадков. Конусный счетчик иногда используется для предотвращения утечек , которые могут привести к искажению данных. В местах, где используется метрическая система, цилиндр обычно имеет маркировку в миллиметрах и измеряет количество осадков до 250 мм (9,8 дюйма). Каждая горизонтальная линия на цилиндре равна 0,5 мм (0,02 дюйма). В регионах, где используются британские единицы измерения, каждая горизонтальная линия представляет собой 0,01 дюйма (0,25 мм) дюйма.
Плювиометр интенсивности осадков (или плювиометр Жарди) — прибор, измеряющий среднюю интенсивность осадков за определенный интервал времени. Первоначально он был разработан для регистрации режима осадков в Каталонии, но со временем распространился по всему миру. [16]
В нем действует принцип обратной связи ... поступающая вода толкает буй вверх, заставляя нижнюю "регулировочную коническую иглу" пропускать то же количество воды, которое поступает в контейнер, таким образом... игла фиксируется на барабане количество воды, протекающей через него в каждый момент времени, — в миллиметрах осадков на квадратный метр.
Он состоит из вращающегося барабана, который вращается с постоянной скоростью . Этот барабан тащит градуированный лист картона, на котором по оси абсцисс указано время , а по оси Y указана высота осадков в мм . Эту высоту записывают ручкой, которая движется вертикально под действием буя и отмечает на бумаге количество осадков с течением времени. Каждый лист картона обычно используется в течение одного дня.
Когда идет дождь, вода, собранная воронкой, падает в контейнер и поднимает буй, который заставляет ручку ручки подниматься по вертикальной оси, маркируя картон соответствующим образом. Если количество осадков не меняется, уровень воды в контейнере остается постоянным, и при вращении барабана отметка пера представляет собой более или менее горизонтальную линию, пропорциональную количеству выпавшей воды. Когда ручка достигает верхнего края бумаги для печати, это означает, что буй находится «высоко в резервуаре», оставляя кончик конической иглы таким образом, что открывается регулирующее отверстие, т. е . максимальный поток, который обеспечивает аппарат. умею записывать. Если дождь внезапно утихает, заставляя контейнер (по мере его опустошения) быстро опускать буй, это движение соответствует крутой линии уклона, которая может достичь нижней части записанного картона, если дождь прекратится.
Датчик интенсивности дождя позволил регистрировать осадки на протяжении многих лет, особенно в Барселоне (95 лет), помимо многих других мест по всему миру, таких как Гонконг. [16] [17]
Осадкомер весового типа состоит из накопительного бункера, который взвешивается для регистрации массы. Некоторые модели измеряют массу с помощью ручки на вращающемся барабане или с помощью вибрирующей проволоки, прикрепленной к регистратору данных . [8] Преимущества этого типа уровнемера перед опрокидывающимися ковшами заключаются в том, что он не недооценивает интенсивный дождь и может измерять другие формы осадков, включая дождь, град и снег. Однако эти манометры дороже и требуют большего обслуживания, чем манометры опрокидывающегося ковша.
Регистрирующий датчик весового типа может также содержать устройство для измерения количества химических веществ, содержащихся в атмосфере места. Это чрезвычайно полезно для ученых, изучающих воздействие парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу, и их влияние на уровень кислотных дождей . Некоторые подразделения Автоматизированной системы приземных наблюдений (ASOS) используют автоматические весы, называемые AWPAG (Всепогодный датчик накопления осадков).
Дождемер с опрокидывающимся ковшом состоит из воронки, которая собирает и направляет осадки в небольшой контейнер, похожий на качели . После выпадения заданного количества осадков рычаг наклоняется, сливая собранную воду и посылая электрический сигнал. Записывающее устройство старого образца может состоять из ручки, установленной на рычаге, прикрепленном к зубчатому колесу, которое перемещается один раз при каждом сигнале, посылаемом от коллектора. В этой конструкции при повороте колеса рычаг пера перемещается вверх или вниз, оставляя след на графике и в то же время издавая громкий «щелчок».
Дождемер опрокидывающегося ковша не так точен, как стандартный дождемер, поскольку дождь может прекратиться до того, как рычаг опрокинется. Когда начнется следующий период дождя, может потребоваться не более одной-двух капель, чтобы опрокинуть рычаг. Тогда это будет означать, что заранее установленная сумма упала, тогда как на самом деле упала лишь часть этой суммы. Опрокидывающиеся ведра также имеют тенденцию недооценивать количество осадков, особенно во время снегопада и сильных дождей. [18] [19] Преимущество дождемера с опрокидывающимся ковшом заключается в том, что можно легко определить характер дождя (легкий, средний или сильный). Характер осадков определяется общим количеством дождя, выпавшего за определенный период (обычно 1 час), путем подсчета количества импульсов за этот период. К данным можно применять алгоритмы как метод коррекции данных с учетом осадков высокой интенсивности.
Современные опрокидывающиеся дождемеры состоят из пластикового коллектора, уравновешенного на шарнире. Когда он опрокидывается, он приводит в действие переключатель (например, геркон ), который затем записывается в электронном виде или передается на удаленную станцию сбора.
Датчики опрокидывания также могут включать в себя элементы датчиков взвешивания, при этом тензодатчик крепится к сборному ковшу, чтобы в любой момент можно было определить точное количество осадков. Каждый раз, когда коллектор опрокидывается, тензодатчик (датчик веса) обнуляется, чтобы свести на нет любой дрейф.
Чтобы измерить водный эквивалент замерзших осадков, опрокидывающееся ведро можно нагреть, чтобы растопить лед и снег, попавшие в его воронку. Без механизма нагрева воронка часто засоряется во время выпадения замерзших осадков, и, следовательно, осадки невозможно измерить. Многие подразделения Автоматизированной системы приземных наблюдений (ASOS) используют опрокидывающиеся ведра с подогревом для измерения осадков. [20]
Этот тип уровнемера имеет ряд коллекторных воронок. В закрытом пространстве под каждым из них находится лазерный диод и фототранзисторный детектор . Когда собирается достаточно воды, чтобы образовалась одна капля, она падает со дна и попадает на путь лазерного луча. Датчик установлен под прямым углом к лазеру, так что рассеивается достаточно света, чтобы его можно было обнаружить как внезапную вспышку света. Вспышки этих фотодетекторов затем считываются и передаются или записываются. На протяжении десятилетий использовались различные типы оптических дальномеров. Технология также улучшилась.
Акустические дисдрометры , также называемые гидрофонами, способны улавливать звуковые сигналы для капель каждого размера, когда дождь падает на поверхность воды внутри уровнемера. Поскольку каждая звуковая сигнатура уникальна, можно инвертировать подводное звуковое поле, чтобы оценить распределение размеров капель дождя. Выбранные моменты распределения капель по размерам определяют интенсивность осадков, накопление осадков и другие свойства осадков. [21]
