Осадкомер - Rain gauge

Стандарт NOAA осадкомер

А осадкомер (также известный как удометр, плювиометр, или омброметр) - инструмент, используемый метеорологи и гидрологи собрать и измерить количество жидкость осадки над областью в заранее определенный период времени.

История

Первые известные записи об осадках велись Древние греки около 500 г. до н. э.

Люди, живущие в Индия начал регистрировать количество осадков в 400 г. до н.э. [1] Показатели коррелировали с ожидаемым ростом. в Арташастра, используется, например, в Магадха были установлены точные стандарты производства зерна. Каждое из государственных складов было оборудовано дождемером для классификации земель для целей налогообложения.[2] В 1247 году китайский математик и изобретатель Сун Цинь Цзюшао изобрел Бассейн Тяньчи измерители дождя и снега для справки измерений дождя, снегопада, а также других форм метеорологических данных.[3][4]

В 1441 г. Cheugugi был изобретен во время правления Седжон Великий из Династия Чосон из Корея как первый стандартизированный дождемер.[5][6][7] В 1662 г. Кристофер Рен создал первый дождемер с опрокидывающимся ведром в Британия в сотрудничестве с Роберт Гук.[5] Гук также разработал манометр с воронкой, который проводил измерения на протяжении 1695 года.

Это было Ричард Таунли который первым произвел систематические измерения количества осадков за 15 лет с 1677 по 1694 год, опубликовав свои записи в Философские труды Королевского общества. Таунли призвал провести больше измерений в других частях страны, чтобы сравнить количество осадков в разных регионах.[8] хотя только Уильям Дерхам похоже, принял вызов Таунли. Они совместно опубликовали измерения осадков за Towneley Park и Upminster в Эссекс с 1697 по 1704 год.[9]

Натуралист Гилберт Уайт провел измерения, чтобы определить среднее количество осадков с 1779 по 1786 год, хотя это был его зять, Томас Баркер, который в течение 59 лет проводил регулярные и тщательные измерения, фиксируя температуру, ветер, барометрическое давление, осадки и облака. Его метеорологические записи - ценный источник знаний о британском климате 18 века. Он смог продемонстрировать, что среднее количество осадков сильно различается от года к году, при этом практически не различимая закономерность.[10]

Национальное покрытие и современные приборы

Саймонс в 1900 году

Метеоролог Джордж Джеймс Саймонс опубликовал первый годовой том Британский дождь в 1860 году. Эта новаторская работа содержала записи об осадках со 168 наземных станций в Англии и Уэльсе. Он был избран в совет Британского метеорологического общества в 1863 году и посвятил всю 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 давали справедливое представление о распределении осадков, и количество регистраторов постепенно увеличивалось до последнего тома British Rainfall, который он дожил до редактирования за 1899 год содержали цифры с 3528 станций - 2894 дюйма Англия и Уэльс, 446 дюйм Шотландия, и 188 в Ирландия. Он также собрал старые записи об осадках за более чем сто лет. В 1870 году он составил отчет о количестве осадков на Британских островах, начиная с 1725 года.

В связи с постоянно увеличивающимся числом наблюдателей возникла необходимость в стандартизации приборов. Саймонс начал экспериментировать с новыми датчиками в собственном саду. Он пробовал разные модели с вариациями по размеру, форме и высоте. В 1863 году он начал сотрудничество с полковником Майклом Фостером Уордом из Calne, Уилтшир, который провел более обширные исследования. Включая Уорда и других людей из Британии, исследования продолжались до 1890 года. Эксперименты отличались планированием, проведением и выводами. Результаты этих экспериментов привели к постепенному внедрению хорошо известного стандартного калибра, который до сих пор используется в Великобритании. Метеорологическое бюро сегодня, а именно, из «... меди, с пятидюймовым воронкой, имеющей латунный обод на высоте одного фута над землей ...»[11]

Большинство современных дождемеров обычно измеряют осадки в миллиметры по высоте, собранной на каждый квадратный метр в течение определенного периода, что эквивалентно литры за квадратный метр. Раньше дождь регистрировался в дюймах или точках, где одна точка равнялась 0,254 мм или 0,01 дюйма.[12]

Количество дождемеров считывается вручную или автоматическая метеостанция (AWS). Частота чтения будет зависеть от требований коллекторского агентства. Некоторые страны дополнят платных погодных наблюдателей сетью добровольцев для получения данных об осадках (и других типах погоды) для малонаселенных районов.

В большинстве случаев осадки не сохраняются, но некоторые станции все же отправляют данные об осадках и снегопадах на проверку, которая проводится для определения уровней загрязняющих веществ.

У датчиков дождя есть свои ограничения. Попытка собрать данные о дожде в тропический циклон может быть практически невозможным и ненадежным (даже если оборудование уцелело) из-за сильного ветра. Кроме того, дождемеры показывают количество осадков только в определенной местности. Практически для любого калибра капли будут прилипать к сторонам или воронке собирающего устройства, так что количество будет очень незначительно занижено, а значения 0,01 дюйма или 0,25 мм могут быть записаны как "след ".

Другая проблема возникает, когда температура близка или ниже точки замерзания. Дождь может падать на воронку, а лед или снег может собираться в датчике, блокируя последующий дождь. Чтобы облегчить это, манометр может быть оснащен автоматическим электронагревателем, чтобы поддерживать его собирающие влагу поверхности и датчик немного выше точки замерзания.

Дождемеры следует размещать на открытой площадке, где нет зданий, деревьев или других препятствий, препятствующих дождю. Это также необходимо для предотвращения попадания воды, собранной на крышах зданий или с листьев деревьев, на датчик дождя после дождя, что приведет к неточным показаниям.

Типы

Самозаписывающий датчик дождя (в интерьере)

Типы дождемеров включают градуированные цилиндры, датчики веса, датчики опрокидывающегося ковша и просто заглубленные коллекторы. У каждого типа есть свои преимущества и недостатки при сборе данных о дождях.

Стандартный датчик дождя США

Стандартные США Национальная служба погоды измеритель дождя, разработанный в начале 20-го века, состоит из воронки диаметром 8 дюймов (203 мм), переходящей в градуированный цилиндр диаметром 1,17 дюйма (29,7 мм), который помещается в более крупный контейнер размером 8 дюймов. диаметр и 20 дюймов (508 мм) в высоту. Если дождевая вода переливается через градуированный внутренний цилиндр, ее улавливает внешний контейнер большего размера. Когда производятся измерения, измеряется высота воды в маленьком градуированном цилиндре, а избыток воды в большом резервуаре осторожно переливается в другой градуированный цилиндр и измеряется для получения общего количества осадков. Конусный измеритель иногда используется для предотвращения утечка что может привести к изменению данных. В местах, где используется метрическая система, баллон обычно маркируется в миллиметрах и может измерять до 250 миллиметров (9,8 дюйма) осадков. Каждая горизонтальная линия на цилиндре составляет 0,5 миллиметра (0,02 дюйма). В областях, где все еще используются британские единицы, каждая горизонтальная линия соответствует 0,01 дюйма.

Плювиометр интенсивностей

Плювиометр интенсивностей (1921 г.)

В плювиометр интенсивностей (или плювиометр Джарди) - это инструмент, который измеряет среднюю интенсивность осадков за определенный промежуток времени. Первоначально он был разработан для регистрации режима осадков в Каталонии, но со временем распространился по всему миру.[13]

В нем используется принцип Обратная связь ... поступающая вода толкает буй вверх, заставляя нижнюю «регулировочную коническую иглу» пропускать то же количество воды, которое поступает в контейнер, таким образом ... игла фиксирует на барабане количество протекающей воды это в каждый момент времени - в миллиметрах осадков на квадратный метр.

Он состоит из вращающегося барабана, который вращается с постоянной скорость, этот барабан тянет градуированный лист картона, на котором время на абсцисса в то время как ось Y указывает высота осадков в мм дождя. Эта высота фиксируется ручкой, которая перемещается вертикально, управляемая буем, отмечая на бумаге осадки через некоторое время. Каждый картонный лист обычно используется в течение одного дня.

Пока идет дождь, вода, собранная воронкой, падает в контейнер и поднимает буй, заставляя ручку ручки подниматься по вертикальной оси, маркируя картон соответствующим образом. Если количество осадков не меняется, уровень воды в контейнере остается постоянным, и, пока барабан вращается, метка ручки представляет собой более или менее горизонтальную линию, пропорциональную количеству упавшей воды. Когда ручка достигает верхнего края бумаги для печати, это означает, что буй находится «высоко в резервуаре», оставляя кончик конической иглы таким образом, чтобы открывать регулирующее отверстие, т.е.- максимальный расход, который может записать аппарат. Если дождь внезапно уменьшается, заставляя контейнер (когда он опорожняется) быстро опускать буй, это движение соответствует крутой линии уклона, которая может достигать дна записанного картона, если дождь прекратится.

Датчик интенсивности дождя позволил регистрировать количество осадков в течение многих лет, особенно в Барселоне (95 лет), помимо многих других мест по всему миру, таких как Гонконг.[13][14]

Осадомер весовой

Осадомер взвешивающего типа состоит из бункера для хранения, который взвешивается для регистрации массы. Некоторые модели измеряют массу с помощью ручки на вращающемся барабане или с помощью вибрирующая проволока прикреплен к Регистратор данных.[6] 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 датчики более дорогие и требуют большего обслуживания, чем датчики с опрокидывающимся ковшом.

Регистрирующий манометр весового типа может также содержать устройство для измерения количества химикатов, содержащихся в атмосфере места. Это чрезвычайно полезно для ученых, изучающих влияние парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу, и их влияние на уровни кислотный дождь. Немного Автоматизированная система наземных наблюдений (ASOS) устройства используют автоматический датчик веса, называемый AWPAG (датчик накопления осадков в любую погоду).

Опрокидывающийся ковш для дождемера

Внешний вид дождемера с опрокидывающимся ведром
Внутренняя часть дождемера с опрокидывающимся ведром

Дождемер с опрокидывающимся ведром состоит из воронки, которая собирает и направляет осадки в небольшой качели -подобный контейнер. После того, как заранее установленное количество осадков выпадает, рычаг наклоняется, сбрасывая собранную воду и отправляя электрический сигнал. Регистрирующее устройство старого образца может состоять из ручки, закрепленной на рычаге, прикрепленном к зубчатому колесу, которое перемещается один раз с каждым сигналом, посылаемым от коллектора. В этой конструкции, когда колесо поворачивается, ручка ручки перемещается вверх или вниз, оставляя след на графике и в то же время делая громкий «щелчок».

Датчик дождя с опрокидывающимся ковшом не такой точный, как стандартный датчик дождя, потому что дождь может прекратиться до того, как рычаг наклонится. Когда начинается следующий период дождя, может потребоваться не более одной-двух капель, чтобы повернуть рычаг. Тогда это будет означать, что заранее установленная сумма упала, когда фактически упала только часть этой суммы. Опрокидывающие ведра также часто недооценивают количество осадков, особенно во время снегопадов и сильных дождей.[15][16] Преимущество дождемера с опрокидывающимся ковшом состоит в том, что можно легко определить характер дождя (легкий, средний или сильный). Характер осадков определяется общим количеством дождя, выпавшего за установленный период (обычно 1 час), и путем подсчета количества щелчков импульсов за 10-минутный период наблюдатель может определить характер дождя. Алгоритмы могут быть применены к данным как метод корректировки данных для сильных дождей.

Регистратор дождемера с опрокидывающимся ковшом
Крупным планом диаграмма самописца дождемера опрокидывающегося ведра

Современные опрокидывающиеся дождемеры состоят из пластикового коллектора, установленного на шарнире. Когда он наклоняется, он приводит в действие переключатель (например, Геркон ), который затем записывается в электронном виде или передается на удаленную станцию ​​сбора.

Датчики опрокидывания могут также включать в себя элементы датчиков для взвешивания, посредством которых датчик деформации крепится к сборному ведру, так что точное количество осадков может быть считано в любой момент. Каждый раз, когда коллектор опрокидывается, тензодатчик (датчик веса) обнуляется, чтобы нивелировать любой дрейф.

Чтобы измерить водный эквивалент В случае замерзших осадков опрокидывающееся ведро можно нагреть, чтобы растопить лед и снег, попавшие в его воронку. Без механизма нагрева воронка часто забивается во время выпадения замороженных осадков, и поэтому осадки невозможно измерить. Много Автоматизированная система приземных наблюдений (ASOS) В установках используются опрокидывающиеся ведра с подогревом для измерения осадков.[17]

Оптический датчик дождя

Этот тип датчика имеет ряд сборных воронок. В замкнутом пространстве под каждым по лазерный диод и фототранзисторный детектор. Когда набирается достаточно воды, чтобы сделать одну каплю, она падает со дна, попадая 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. Затем вспышки этих фотодетекторов считываются и передаются или записываются.

Акустический датчик дождя

Акустический дисдрометры, также называемые гидрофонами, способны улавливать звуковые сигнатуры для капель каждого размера при попадании дождя на поверхность воды в пределах датчика. Поскольку каждая звуковая сигнатура уникальна, можно инвертировать подводное звуковое поле, чтобы оценить капельное распределение под дождем. Выбранные моменты распределения капель по размеру определяют интенсивность дождя, его накопление и другие характеристики осадков.[18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ян Стрэнджуэйс, История дождемеров, TerraData, 2010 г.
  2. ^ Косамби (1982) Культура и цивилизация Древней Индии в историческом очерке, стр. 153, ISBN  978-0-7069-1399-6
  3. ^ Strangeways, Ян (2011). Осадки: теория, измерение и распределение. Cambridge University Press (опубликовано 14 апреля 2011 г.). п. 140. ISBN  978-0521172929.
  4. ^ Селин, Хелайн (2008). Энциклопедия истории науки, техники и медицины в незападных культурах (2-е изд.). Springer (опубликовано 16 апреля 2008 г.). п.736. ISBN  978-1402045592.
  5. ^ а б "WeatherShack.com". WeatherShack.com. В архиве из оригинала от 18.07.2011.
  6. ^ а б "Долгая история дождемера". about.com. В архиве из оригинала от 23.02.2011.
  7. ^ 측우기 測 雨 器, энциклопедия Naver
  8. ^ "Towneley R. (1694), Philosophical Transactions Vol. 18 p. 52". Дои:10.1098 / рстл.1694.0014. S2CID  186212655. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  9. ^ "Дерхэм, В. и Таунли, Р. (1704) Философские труды, том 24, стр. 1878-881". Дои:10.1098 / рстл.1704.0063. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  10. ^ Ян Стрэнджуэйс. "История Raingauges" (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 05.11.2013.
  11. ^ : Краткая история Британской организации по дождевым дождям, автор DE Pedgley, сентябрь 2002 г., опубликовано Королевским метеорологическим обществом. ISBN  0-948090-21-9
  12. ^ «Архивная копия». В архиве из оригинала на 19.10.2017. Получено 2017-11-24.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  13. ^ а б Серия водных ресурсов. Объединенные Нации. 1967. Получено 23 октября 2011.
  14. ^ Т. Я. Чен (1974). Сравнение датчиков уровня осадков Jardi и Workman (PDF). Королевская обсерватория, Гонконг. В архиве (PDF) из оригинала 24 сентября 2015 г.. Получено 23 октября 2011.
  15. ^ Гройсман, П. (1994): "Точность данных об осадках в США " Бюллетень Американского метеорологического общества 75(2): 215–227.
  16. ^ Мелиорация, Бюро им. «AgriMet Pacific Northwest Region - Бюро мелиорации». www.usbr.gov. В архиве из оригинала от 25.10.2008.
  17. ^ "Дождемер с опрокидывающимся ковшом В архиве 2011-06-29 на Wayback Machine." Национальная служба погоды.
  18. ^ «Акустический дождемер - Глоссарий AMS». glossary.ametsoc.org. В архиве из оригинала от 16.04.2014.

внешняя ссылка