Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Стандартный датчик дождя NOAA

Дождемер (также известный как дождемер , дождемер , или омброметр ) является инструментом , используемым метеорологов и гидрологов , чтобы собрать и измерить количество жидкости осадков на площади в заранее определенном периоде времени. Он используется для определения глубины осадков (обычно в мм), выпадающих на единицу площади, и, таким образом, измерения количества осадков.

История [ править ]

Первые известные записи об осадках были сохранены древними греками около 500 г. до н. Э.

Люди, живущие в Индии, начали регистрировать количество осадков в 400 г. до н.э. [1]. Показатели коррелировали с ожидаемым ростом. В Арташастре , например, в Магадхе , 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 датчики дождя и снега в бассейне Тяньчи для измерения дождя, снегопада, а также других форм метеорологических данных. [3] [4]

В 1441 году Cheugugi был изобретен во время правления Седжона Великого из династии Чосон в Корее как первый стандартизированный дождемер. [5] [6] [7] В 1662 году Кристофер Рен в сотрудничестве с Робертом Гуком создал первый в Великобритании дождемер с опрокидывающимся ведром . [5] Гук также разработал манометр с воронкой, который проводил измерения на протяжении 1695 года.

Это был Ричард Таунл , который был первым , чтобы сделать систематические измерения осадков в течение 15 лет с 1677 до 1694, публикуя свои записи в Философских Трудах Королевского общества . Таунли призвал провести больше измерений в других частях страны, чтобы сравнить количество осадков в разных регионах [8], хотя, похоже, только Уильям Дерхэм принял вызов Таунли. Они совместно опубликовали измерения количества осадков для Таунли-Парка и Апминстера в Эссексе за период с 1697 по 1704 год [9].

Натуралист Гилберт Уайт проводил измерения для определения среднего количества осадков с 1779 по 1786 год, хотя его зять Томас Баркер в течение 59 лет проводил регулярные и тщательные измерения, регистрируя температуру, ветер, атмосферное давление , количество осадков и облаков. . 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 датчики [ править ]

Саймонс в 1900 году

Метеоролог Джордж Джеймс Саймонс опубликовал в 1860 году первый ежегодный сборник « Британские осадки». 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 в Англиии Уэльс , 446 в Шотландии и 188 в Ирландии . 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 Калне , 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 датчика, который до сих пор используется Метеорологическим бюро Великобритании.сегодня, а именно, один из «... меди, с пятидюймовым воронкой, латунный обод которой находится на высоте одного фута над землей ...» [11]

Большинство современных дождемеров обычно измеряют количество осадков в миллиметрах высоты, собранные на каждый квадратный метр в течение определенного периода, что эквивалентно литрам на квадратный метр. Раньше дождь регистрировался в дюймах или точках, где одна точка равнялась 0,254 мм или 0,01 дюйма. [12]

Показатели дождя считываются вручную или с помощью автоматической метеостанции (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 тропическом циклоне может быть практически невозможной и ненадежной (даже если оборудование выживает) 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 их количество будет очень немного занижено, и капли размером 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 [ править ]

Самозаписывающий датчик дождя (в интерьере)

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

Стандартный датчик дождя США [ править ]

Стандартный дождемер Национальной метеорологической службы США , 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 внутри контейнер большего размера: 8 дюймов в диаметре 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 утечкичто 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 [ править ]

Плювиометр интенсивностей (1921 г.)

Дождемер интенсивностей (или дождемер JARDI в) является инструментом , который измеряет среднюю интенсивность осадков в определенном интервале времени. Первоначально он был разработан для регистрации режима осадков в Каталонии, но со временем распространился по всему миру. [13]

В нем используется принцип обратной связи  ... поступающая вода толкает буй вверх, заставляя нижнюю «регулировочную коническую иглу» пропускать то же количество воды, которое попадает 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 тянет за градуированным листом картона время по оси абсцисс, а ось Y показывает высоту дождя в миллиметрах . Эта высота записывается с помощью ручки, которая перемещается вертикально с помощью буя, отмечая на бумаге количество осадков с течением времени. 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]

Осадкомер весовой [ править ]

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 вибрирующей проволоки, прикрепленной к регистратору данных . [6] Преимущества этого типа уровнемера перед опрокидывающимися ведрами 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 уровень кислотных дождей . В некоторых установках автоматизированной системы приземных наблюдений (ASOS) используется автоматический весоизмерительный прибор, называемый AWPAG (датчик накопления всепогодных осадков).

Дождемер с опрокидывающимся ведром [ править ]

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 контейнер, напоминающий качели . 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 дождя 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, при помощи которых тензодатчик крепится к сборному ведру, чтобы в любой момент можно было определить точное количество осадков. Каждый раз, когда коллектор опрокидывается, тензодатчик (датчик веса) обнуляется, чтобы нивелировать любой дрейф.

Чтобы измерить водный эквивалент замороженных 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. Многие устройства автоматизированной системы приземных наблюдений (ASOS) используют опрокидывающиеся ковши с подогревом для измерения осадков. [17]

Оптический датчик дождя [ править ]

Этот тип датчика имеет ряд сборных воронок. В замкнутом пространстве под каждым из них находится 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 [ править ]

Акустические дисдрометры , также называемые гидрофонами, способны определять звуковые сигнатуры для капель каждого размера, когда дождь ударяется о поверхность воды внутри датчика. Поскольку каждая звуковая подпись уникальна, можно инвертировать подводное звуковое поле, чтобы оценить распределение размеров капель в дожде. Выбранные моменты распределения капель по размеру определяют интенсивность дождя, его накопление и другие характеристики осадков. [18]

См. Также [ править ]

  • Дисдрометр
  • Датчик снега

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ян Стрэнджуэйс, История дождемеров, TerraData, 2010
  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, Helaine (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. ^ a b "WeatherShack.com" . WeatherShack.com . Архивировано 18 июля 2011 года.
  6. ^ а б "Долгая история датчика дождя" . about.com . Архивировано 23 февраля 2011 года.
  7. ^ 측우기 測 雨 器, энциклопедия Naver
  8. ^ "Towneley R. (1694), Philosophical Transactions Vol. 18 p. 52" . DOI : 10,1098 / rstl.1694.0014 . S2CID 186212655 .  Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  9. ^ "Дерхэм, В. и Таунли, Р. (1704) Философские труды, том 24, стр. 1878-881" . DOI : 10,1098 / rstl.1704.0063 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  10. ^ Ян Strangeways. "История Raingauges" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 05.11.2013.
  11. ^ : Краткая история Британской организации по дождевым дождям, автор DE Pedgley, сентябрь 2002 г., опубликованный ISBN Королевского метеорологического общества 0-948090-21-9 
  12. ^ "Архивная копия" . Архивировано 19 октября 2017 года . Проверено 24 ноября 2017 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  13. ^ a b Серия водных ресурсов . Объединенные Нации. 1967 . Проверено 23 октября 2011 года .
  14. ^ TY Чен (1974). Сравнение датчиков интенсивности дождя Jardi и Workman (PDF) . Королевская обсерватория, Гонконг. Архивировано 24 сентября 2015 года (PDF) . Проверено 23 октября 2011 года .
  15. ^ Groisman, PY (1994): " Точность данных об осадках в Соединенных Штатах " Бюллетень Американского метеорологического общества 75 (2): 215–227.
  16. ^ Мелиорация, Бюро. «AgriMet Pacific Northwest Region - Бюро мелиорации» . www.usbr.gov . Архивировано 25 октября 2008 года.
  17. ^ « Дождемер с опрокидывающимся ковшом, заархивированный 29.06.2011 на Wayback Machine ». Национальная служба погоды .
  18. ^ "Акустический дождемер - Глоссарий AMS" . glossary.ametsoc.org . Архивировано 16 апреля 2014 года.

Внешние ссылки [ править ]

  • Сообщите о местных осадках в США здесь
  • Сообщите о местных осадках по всему миру здесь
  • Записывайте, анализируйте, делитесь своими дождями здесь
  • Видео о дождемере с опрокидывающимся ведром в действии