Hranice pro Mladé lidi

srážky jsou jedním z nejčastěji sdílených zážitků na Zemi a vsadím se, že je pravidelně sledujete. Někdy jste připraveni s vhodným oblečením a někdy ne!, Srážky jsou někdy dlouhé a lehké, někdy krátké a těžké a někdy dlouhé a těžké. Když jsou srážky dlouhé a těžké, může to vést k rychlým záplavám, což je nebezpečné pro blízké obyvatelstvo. Srážky jsou také nezbytné, protože poskytují vodu rostlinám a nakonec vyplňují řeky. Protože srážky jsou jak potřebnými zdroji, tak hrozbou, je důležité lépe porozumět tomuto přírodnímu jevu.

je velmi pravděpodobné, že jste si již všimli, že déšť je v průběhu času proměnlivý. Když zůstanete na stejném místě, neprší tam po celou dobu., I při srážkové události se síla srážek může neustále měnit z velmi lehkého na velmi silný. Silnější období srážek jsou obvykle poměrně krátké. Tento druh variability srážek je také viditelný ve větším měřítku, protože jak víte, existují vlhčí měsíce nebo roky a sušičky. Existuje také variabilita tam, kde se vyskytují srážky. Může hodně pršet na jednom místě a vůbec ne, nebo s velmi odlišnou silou, pár kilometrů nebo dokonce několik set metrů daleko.

variabilita je základním rysem srážek, díky nimž je měření složité., Meteorologové (lidé, kteří studují počasí) a vědci vyvinuli řadu měřicích zařízení, která jim umožňují studovat extrémní variabilitu srážek. Vysvětlíme fungování tří nejčastěji používaných zařízení. Údaje, které předkládáme, byly shromážděny v areálu Ecole des Ponts ParisTech, kde pracuji.

jak změříme množství deště, které klesá?

nejčastějším měřením srážek je celková hloubka srážek během daného období, vyjádřená v milimetrech (mm)., Například bychom mohli chtít vědět, kolik milimetrů deště spadlo v průběhu 1 h, 1 den, 1 měsíc nebo 1 rok.

doma můžete snadno získat hrubé měření hloubky srážek. Postupujte takto: (1) vezměte láhev s hladkými stranami, odřízněte horní část a otočte ji vzhůru nohama na horní část láhve, abyste vytvořili jakýsi nálevka (viz obrázek 1a). (2) nalepte pravítko na stranu láhve a naplňte láhev vody až na nulovou značku na pravítku, která by měla být nad nárazy na dně láhve. Nárazy by jinak ovlivnily měření., (3) přineste svůj rain gauge venku, pokud je to možné, z budov a stromů. (4) Pravidelně poznámka: hladina vody (například, každé ráno v 8:00 ráno před odchodem do školy) sbírat vlastní data. Pokud plánujete provádět měření v létě, část vody uvnitř láhve se odpaří (až několik mm denně), což ovlivní vaše měření. Abyste tomu zabránili, můžete do vody přidat tenkou vrstvu oleje. Protože je lehčí než voda, olej bude plavat na horní části vody a zabránit odpařování., Měření, která získáte z vašeho měřidla deště, vám řeknou, kolik srážek se vyskytlo v určitém časovém období.

Odborníci používají složitější zařízení, tzv. tipping bucket rain měřidla a můžete vidět na Obrázku 1B. Tento srážkoměr vypadá to, že vaše domácí zařízení, kromě toho, že tam jsou dva kbelíky pod trychtýř. Voda padající do dešťového měřidla bude vedena do jednoho kbelíku nálevkou. Jakmile je tento kbelík naplněn, obvykle po 0.,2 mm deště padá, je navržen tak, aby se automaticky naklonil, což znamená, že druhý kbelík bude nyní pod nálevkou. Proces začíná znovu s tímto jiným kbelíkem, dokud není naplněn a tipy. Rain gauge zaznamenává čas všech špiček kbelíku, což poskytne výzkumnému pracovníkovi údaje o tom, jak rychle déšť v průběhu času klesá. Obrázek 1C ukazuje příklad dat, které lze získat pomocí výklopného kbelíku rain gauge. Tyto připomínky byly učiněny dne 27. Června 2017. Hloubka srážek (v mm) se rychle zvýšila mezi 13: 00 a 14: 00, což znamená, že během tohoto období hodně pršelo., Během období lehkého deště není toto zařízení příliš přesné. Například mezi 05:15 a 13: 00 můžete říct jen to, že padlo 0, 2 mm deště (jeden hrot kbelíku), ale nevíte přesně, kdy ten déšť spadl. Pokud je hodně větru, může to také ovlivnit přesnost zařízení.

jak změříme Velikost dešťových kapek?

z čeho se tvoří srážky? Kapky deště, samozřejmě! Dešťové měřidla nejsou dostatečně citlivá, aby mohla provádět měření jednotlivých dešťových kapek. Chcete-li začít shromažďovat data o kapkách a jejich velikosti, potřebujete zařízení nazvané disdrometr.,

před popisem“ skutečného “ diskrometru si můžete vytvořit doma (viz Ref. pro podrobnější popis). Postupujte takto: (1) vezměte talíř a položte na něj několik milimetrů mouky. (2) když prší, jděte ven s pokrytou deskou, odkryjte ji na několik sekund, aby na ni mohly spadnout některé kapky a vytvořit malé krátery, pak se vraťte dovnitř. (3) analyzujte výsledek.

Budete pozorovat něco podobného co je na Obrázku 2A, a všimnete si, že kapky ne všechny mají stejnou velikost—některé jsou velmi malé a některé jsou velmi velké!, Ve skutečnosti, krátery jsou větší než kapky, protože voda mírně se šíří po zasáhne desku, ale stále umožňují přímo vizualizovat velké množství pokles velikosti, a to i během velmi krátké doby.

jak si dokážete představit, meteorologové a vědci chtěli zařízení automatičtější a přesnější než talíř mouky! Nyní se převážně používají optické disdrometers, které funkce, jak je znázorněno na Obrázku 2B. Tento druh disdrometer se skládá ze dvou částí: vysílače a přijímače. Vysílač generuje list světla o výšce několika mm. Přijímač je zarovnán s vysílačem, což znamená, že když neprší, přijímač přijímá veškeré světlo., Když však kapka prochází listem světla, hádejte, co se stane? Množství přijatého světla je menší, protože část je blokována kapkou. Pokud pokles klesne velmi rychle, doba poklesu přijatého světla bude krátká. Takto se odhaduje klesající rychlost (rychlost) pádu. Pokud je pokles velký, signál měřený přijímačem se sníží více než s menší kapkou. Takto se odhaduje velikost kapky. Tímto způsobem se měří velikost a rychlost každé kapky procházející mezi vysílačem a přijímačem.,

dešťové kapky mohou být až 5-6 mm. větší kapky jsou rozděleny během jejich pádu. Ve skutečnosti v této velikosti nejsou dostatečně silné, aby odolaly síle větru, který cítí při rychlém pádu. Rychlost, při které kapky padají zvyšuje s jejich velikostí: 1-mm kapky padají na 3 m/s při 5-mm kapky (velmi velké) pád na 8 m/s. Obrázek 2C ukazuje počet kapek od každé velikosti, který spadl během bouře, která nastala dne 27. června 2017 v oblasti Paříže. Malé kapky jsou mnohem početnější než velké. Ale nezapomeňte, že pokles o 1 mm má objem 125krát menší než pokles o 5 mm!, To znamená, že i když nejsou četné, velké kapky představují hodně hloubky srážek. Uvažujme nyní po sobě jdoucích časových krocích 30 sekund. Pak, přidáním objemu všech kapek, které prošly disdrometer během 30-s, časový krok, můžete odhadnout množství deště hloubky, který spadl během každého 30-s, časový krok. Tento odhad vám poskytne rychlost deště a obvykle se vyjadřuje v mm / h.rychlost deště vám dává představu o síle srážek., Déšť sazba odpovídá déšť hloubky, která by se hromadí v průběhu 1 h, v případě, že déšť zůstával konstantní během této hodiny (který vlastně nikdy se vyskytuje v reálném životě). Obrázek 2D ukazuje rychlost deště (v mm / h), s časovými kroky 30, během stejné události 27 Červen 2017. Silnou variabilitu rychlosti deště Lze snadno vidět v grafu.

jak vytváříme dešťové mapy?

dosud jsme diskutovali pouze o zařízeních, která mohou poskytovat měření srážek na přesném místě., Jak dešťové měřidla, tak disdrometry vám dávají představu o dešti, který na ně padl, ale ne v okolních oblastech nebo 20 km daleko. Vytvořit srážky mapy, což jsou mapy s množstvím deště, který padl v daném časovém rozmezí (například, 5 min. nebo 1 h), na více místech, musíme spoléhat na počasí radar.

fungování radaru je shrnut na Obrázku 3A. První, radar vysílá elektromagnetické vlny v jednom směru, který přenáší energii do atmosféry., Když tato energie dosáhne poklesu vody v oblaku, malá část této energie je odeslána zpět do radarového zařízení. Poté zařízení měří toto velmi malé množství energie získané ze všech kapek. Pomocí speciálních počítačových programů je možné převést množství přijaté energie na množství deště. Je důležité si uvědomit, že radar přímo neměří množství deště, ale místo toho měří množství energie odeslané zpět kapkami. Tato přeměna energie na množství deště se ukazuje jako složitá a lidé stále provádějí výzkum, aby ji zlepšili ., Například v současné době se předpokládá homogenní rozložení velikosti kapky a umístění poklesu v rámci radarového pixelu. Je to přehnané zjednodušení reality, které může ovlivnit měření . Počítačový program umožňuje radarovému zařízení odhadnout množství srážek v místech, která jsou daleko. Radarové zařízení se může otáčet a může také změnit svůj úhel, takže může odhadnout rychlost deště v celém svém okolí.

v Závislosti na typu radaru, je možné odhadnout srážky až 150-200 km od radarového zařízení. Řada rozvinutých zemí má síť radarových zařízení., Kombinací dat shromážděných všemi různými radarovými zařízeními můžeme získat mapy srážek po celé zemi. Obrázek 3B ukazuje příklad dešťové radarové mapy měřené radarovým zařízením v Ecole des Ponts ParisTech. Variabilita srážek je vidět-všimněte si dvou velmi intenzivních buněk ve spodní části mapy, žluté a červené.

co jsme se naučili?

srážky jsou extrémně proměnlivé, a to jak v průběhu času, tak mezi různými místy, což velmi ztěžuje měření., Srážkoměr v podstatě shromažďuje voda padající na něj a záznamy v průběhu času měnit ve srážky hloubce, která je obvykle vyjádřena v mm. Můžete získat mnohem podrobnější informace, s disdrometers. Drisdrometr generuje list světla, který je částečně zablokován, když do něj spadne kapka. Velikost a rychlost každé kapky procházející listem světla se odhaduje z množství zablokovaného světla., K vytvoření mapy srážek, které měří množství srážek na více místech, musíme použít radar, který v podstatě posílá energii do atmosféry a analyzuje část energie, která je vrácena, když to se odrazí od dešťových kapek v atmosféře. Stále existuje mnoho vědců, kteří pracují na tom, jak přesně měřit srážky v průběhu času a na více místech najednou.

Glosář

tipping Bucket Rain Gauges: zařízení, které měří kumulativní hloubku srážek (v mm) na přesném místě.,

Diskrometr: zařízení, které měří velikost a rychlost každé kapky deště, která jím prochází.

meteorologický Radar: zařízení, které umožňuje vypočítat mapy srážek na velké ploše pro různé časové kroky (například 5 min, 1 h a 1 den).

homogenní: být podobného druhu všude.

Prohlášení o střetu zájmů

autor prohlašuje, že výzkum byl proveden bez jakýchkoli obchodních nebo finančních vztahů, které by mohly být chápány jako potenciální střet zájmů.,

autoři velmi uznávají částečnou finanční podporu z křesla „hydrologie pro odolná města“ (obdařená Veolií) Ecole des Ponts ParisTech.