Grænser for Unge Sind (Dansk)

nedbør er en af de mest almindelige delte oplevelser på jorden, og jeg vil vædde på, at du regelmæssigt er vidne til det. Nogle gange er du klar med passende tøj og nogle gange ikke!, Nedbøren er undertiden lang og let, undertiden kort og tung, og nogle gange lang og tung. Når nedbøren er lang og tung, kan det føre til hurtig oversvømmelse, hvilket er farligt for den nærliggende befolkning. Nedbør er også nødvendigt, da det giver vand til planter og i sidste ende fylder floder. Da nedbør både er en nødvendig ressource og en trussel, er det vigtigt at forstå dette naturlige fænomen bedre.

det er meget sandsynligt, at du allerede har bemærket, at regnen er variabel over tid. Når du bliver på samme sted, regner det ikke der hele tiden., Selv under en regnbegivenhed kan styrken af nedbøren konstant ændre sig fra meget lys til meget stærk. De stærkere perioder med nedbør er normalt ret korte. Denne form for variation i nedbør er også synlig i større skala, for som du ved, er der vådere måneder eller år og tørretumbler. Der er også variation i, hvor nedbør forekommer. Det kan regne meget på Lott sted og slet ikke eller med en meget anden styrke, et par kilometer væk eller endda et par hundrede meter væk.variabilitet er et grundlæggende træk ved Nedbør, der gør det komplekst at måle., Meteorologer (mennesker, der studerer vejr) og forskere har udviklet adskillige måleinstrumenter, der gør det muligt for dem at studere den ekstreme variation i nedbør. Vi vil forklare funktionen af de tre mest anvendte enheder. De data, vi præsenterer, blev indsamlet på campus i Ecole des Ponts ParisTech, hvor jeg arbejder.

Hvordan måler vi mængden af regn, der falder?

den mest almindelige nedbørsmåling er den samlede nedbørsdybde i en given periode udtrykt i millimeter (mm)., For eksempel vil vi måske vide, hvor mange millimeter regn der faldt i løbet af 1 time, 1 dag, 1 måned eller 1 år.

Du kan nemt få en grov måling af nedbørsdybden derhjemme. Følg blot disse trin: (1) Tag en flaske med glatte sider, skær den øverste del af og vend den på hovedet på toppen af flasken for at skabe en slags tragt (se figur 1A). (2) på flaske side af en lineal og fylde flasken vand op til nul mærke på linealen, som skal være Over bump på bunden af flasken. Bumpene ville ellers påvirke målingen., (3) Tag din regnmåler ud, så vidt muligt fra bygninger og træer. (4) Bemærk regelmæssigt vandstanden (for eksempel hver morgen kl 8:00 før du går i skole) for at indsamle dine egne data. Hvis du planlægger at tage dine målinger i løbet af sommeren, vil noget af vandet inde i flasken fordampe (op til Få mm om dagen), og dette vil påvirke dine målinger. For at undgå dette kan du tilføje et tyndt lag olie til vandet. Da det er lettere end vand, vil olien flyde på toppen af vandet og forhindre fordampning., De målinger, du får fra din regnmåler, fortæller dig, hvor meget nedbør der opstod over en bestemt periode.

Professionelle bruger mere kompliceret enheder kaldet vælter spanden regn målere, og du kan se den i Figur 1B. Denne regn sporvidde ligner dit hjemmelavet anordning, bortset fra at der er to spande under tragten. Vandet, der falder ned i regnmåleren, dirigeres til en spand af tragten. Når den spand er fyldt, normalt efter 0.,2 mm regn falder, det er designet til automatisk at tippe, hvilket betyder, at den anden spand nu vil være under tragten. Processen starter igen med denne anden spand, indtil den er fyldt og tips. Regnmåleren registrerer tidspunktet for alle skovlspidserne, hvilket giver forskeren data om, hvor hurtigt regnen falder over tid. Figur 1C viser et eksempel på de data, der kan opnås ved hjælp af en tippespand regnmåler. Disse observationer blev foretaget den 27. Juni 2017. Nedbørsdybden (i mm) steg hurtigt mellem 13:00 og 14:00, hvilket betyder, at det regnede meget i denne periode., I en periode med let regn er denne enhed ikke særlig præcis. For eksempel mellem 05:15 og 13:00 er alt, hvad du kan fortælle, at 0,2 mm regn faldt (en spids af en spand), men du ved ikke nøjagtigt, hvornår regnen faldt. Hvis der er meget vind, kan det også påvirke enhedens nøjagtighed.

Hvordan måler vi størrelsen af regndråber?

Hvad er Nedbør lavet af? Regn dråber, naturligvis! Regnmålere er ikke følsomme nok til at kunne foretage målinger af individuelle regndråber. For at begynde at indsamle data om dråber og deres størrelse har du brug for en enhed kaldet et disdrometer.,

før du beskriver et “rigtigt” disdrometer, her er hvordan du kan lave en hjemme (se Ref. for en mere detaljeret beskrivelse). Følg disse trin: (1) Tag en plade og læg et par millimeter mel over det hele. (2) når det regner, skal du gå udenfor med pladen dækket, afdække den i et par sekunder, så nogle dråber kan falde på den og skabe små kratere og derefter gå tilbage inde. (3) analyser resultatet.

du vil observere noget, der ligner det, der er vist i figur 2A, og du vil bemærke, at dråber ikke alle har samme størrelse—nogle er meget små, og nogle er meget store!, Faktisk er kratrene større end dråberne, fordi vandet spreder sig lidt, efter at det rammer pladen, men de giver dig stadig mulighed for direkte at visualisere det store udvalg af dråbestørrelser, selv i meget kort tid.

som du kan forestille dig, ønskede meteorologer og forskere en enhed mere automatisk og præcis end melpladen! De bruger nu hovedsageligt optiske disdrometre, som fungerer som vist i figur 2B. denne form for disdrometer er lavet af to dele: en sender og en modtager. Senderen genererer et lysark et par mm i højden. Modtageren er justeret med senderen, hvilket betyder, at når det ikke regner, modtager modtageren alt lyset., Men når en dråbe passerer gennem lysarket, gæt hvad der sker? Mængden af lys modtaget er mindre, fordi en del bliver blokeret af dråben. Hvis dråbet falder meget hurtigt, vil varigheden af faldet i modtaget lys være kort. Sådan estimeres den nedadgående hastighed (hastighed) af det faldende fald. Hvis dråben er stor, vil signalet målt af modtageren falde mere end med et mindre fald. Dette er, hvordan drop størrelse anslås. På denne måde måles størrelsen og hastigheden af hver dråbe, der passerer mellem senderen og modtageren.,

regndråber kan være så store som 5-6 mm. større dråber er delt i løbet af deres efterår. Faktisk i denne størrelse er de ikke stærke nok til at modstå kraften i den vind, de føler, når de falder hurtigt. Hastigheden, hvormed dråber falder, stiger med deres Størrelse: 1 mm dråber falder ved 3 m/s, mens 5 mm dråber (meget store) falder ved 8 m/s. figur 2C viser antallet af dråber i hver størrelse, der faldt under en storm, der fandt sted den 27.Juni 2017 i Paris-området. Små dråber er meget mere talrige end store. Men glem ikke, at en 1 mm dråbe har et volumen 125 gange mindre end en 5 mm dråbe!, Det betyder, at selv om de ikke er mange, tegner store dråber sig for meget af nedbørsdybden. Lad os nu overveje successive tidstrin på 30 s. derefter kan du ved at tilføje volumenet af alle de dråber, der passerede gennem disdrometeret i et 30-s tidstrin, estimere mængden af regndybde, der faldt i hvert 30-s tidstrin. Dette skøn giver dig regnhastigheden, og det udtrykkes normalt i mm/h. regnhastigheden giver dig en ID.om styrken af nedbøren., Regnhastigheden svarer til den regndybde, der ville akkumulere over 1 time, hvis regnhastigheden forblev konstant i løbet af denne time (som faktisk aldrig forekommer i det virkelige liv). Figur 2D viser regn sats (i mm/h), med 30-s tid trin, under den samme 27 Juni 2017 begivenhed. Den stærke variation i regnhastighed kan let ses i grafen.

Hvordan laver vi Nedbørskort?

indtil nu har vi kun diskuteret enheder, der kan levere målinger af nedbør på et præcist sted., Både regnmålere og disdrometre giver dig kun en ID.om regnen, der faldt på dem, men ikke i de omkringliggende områder eller 20 km væk. For at oprette regnkort, som er kort med den mængde regn, der er faldet over en given tidsperiode (for eksempel 5 min eller 1 time) på flere steder, er vi nødt til at stole på vejrradar.

vejrradarens funktion er opsummeret i figur 3A. for det første transmitterer radarudstyret en elektromagnetisk bølge i en retning, som overfører noget energi gennem atmosfæren., Når denne energi når et vandfald i en sky, sendes en lille del af denne energi tilbage til radarudstyret. Derefter måler udstyret denne meget lille mængde energi, der modtages fra alle dråberne. Ved hjælp af specielle computerprogrammer er det muligt at konvertere mængden af energi, der modtages i mængden af regn. Det er vigtigt at huske, at en radar ikke direkte måler mængden af regn, men i stedet måler den mængde energi, der sendes tilbage af dråberne. Denne omdannelse af energi til mængden af regn viser sig at være vanskelig, og folk forsker stadig for at forbedre den ., For eksempel antages i øjeblikket dropstørrelsesfordelingen og dropplaceringen inden for en radarpi .el homogen. Det er en forenkling af virkeligheden, der kan påvirke målingerne . Computerprogrammet gør det muligt for radarudstyret at estimere mængden af nedbør på steder, der er langt væk. Radarudstyret kan dreje rundt og kan også ændre sin vinkel, så det kan estimere regnhastigheden i hele omgivelserne.

Afhængigt af den type radar, er det muligt at estimere nedbør op til 150-200 km fra radar-udstyr. Talrige udviklede lande har et netværk af radarudstyr., Ved at kombinere de data, der er indsamlet af alt det forskellige radarudstyr, kan vi få kort over Nedbør over hele landet. Figur 3B viser et eksempel på et regnradarkort målt med radarudstyr på Ecole des Ponts ParisTech. Regnens variation kan ses-bemærk de to meget intense celler på den nederste del af kortet, i gult og rødt.

Hvad lærte vi?

Nedbøren er ekstremt variabel, både over tid og mellem forskellige placeringer, hvilket gør det meget vanskeligt at måle., En regnmåler opsamler dybest set vand, der falder på det, og registrerer ændringen over tid i nedbørsdybden, som normalt udtrykkes i mm. du kan få meget mere detaljerede oplysninger med disdrometre. En drisdrometer genererer et ark af lys, der er delvist blokeret, når en dråbe falder gennem det. Størrelsen og hastigheden af hver dråbe passerer gennem arket af lys er estimeret ud fra mængden af lys, der er blokeret., For at skabe nedbørskort, der måler Nedbør over flere steder, skal vi bruge radar, der dybest set sender lidt energi ud i atmosfæren og analyserer den del af den energi, der returneres til den, når den springer ud af regndråberne i atmosfæren. Der er stadig mange forskere, der arbejder på måder til nøjagtigt at måle Nedbør over tid og flere steder på multiplen gang.

ordliste

Tipping Bucket regnmålere: en enhed, der måler kumulativ nedbørsdybde (i mm) på et præcist sted.,

Disdrometer: en enhed, der måler størrelsen og hastigheden af hvert regnfald, der passerer gennem det.

vejrradar: en enhed, der gør det muligt at beregne nedbørskort over et stort område til forskellige tidstrin (f.eks. 5 minutter, 1 time og 1 dag).

homogen: at være af lignende art overalt.

Erklæring om interessekonflikt

forfatteren erklærer, at forskningen blev udført i mangel af kommercielle eller økonomiske forhold, der kunne fortolkes som en potentiel interessekonflikt.,

anerkendelser

forfattere anerkender i høj grad delvis økonomisk støtte fra formanden “hydrologi for Resilient Cities” (begavet af Veolia) af Ecole des Ponts ParisTech.