absztrakt
biztos vagyok benne, hogy rendszeresen esik az eső, és néha elég nedves lesz, mivel nincs megfelelő ruhája! A csapadék egyszerre szükséges forrás, mivel kitölti a folyókat és édesvizet biztosít, valamint potenciális veszélyt jelent a heves esőzések miatt, amelyek (esetleg gyors) áradáshoz vezetnek. Nagyon szükséges lépés ahhoz, hogy jobban megértsük ezt a természetes jelenséget, hogy megfelelően mérjük., Kiderült, hogy elég trükkös, mert a csapadék rendkívül változó időben és térben. Ebben a dolgozatban megismerheti a kumulatív csapadékmélységet (billenő vödör esőmérők), a leeső cseppek méretét és sebességét (disdrométerek) vagy a csapadéktérképeket (időjárási radarok) biztosító három csapadékmérő eszköz működését.
a csapadék az egyik leggyakrabban megosztott élmény a földön, és fogadok, hogy rendszeresen tanúja lesz ennek. Néha készen állsz a megfelelő ruházatra, néha nem!, A csapadék néha hosszú és könnyű, néha rövid és nehéz, néha hosszú és nehéz. Ha a csapadék hosszú és nehéz, gyors áradáshoz vezethet, ami veszélyes a közeli lakosság számára. Csapadékra is szükség van, mivel vizet biztosít a növényeknek, és végül kitölti a folyókat. Mivel a csapadék mind szükséges erőforrások, mind fenyegetés, fontos, hogy jobban megértsük ezt a természeti jelenséget.
nagyon valószínű, hogy már észrevette, hogy az eső idővel változó. Ha ugyanazon a helyen maradsz,nem mindig esik ott., Még csapadék esetén is a csapadék erőssége folyamatosan változhat a nagyon fényről a nagyon erősre. Az erősebb csapadékos időszakok általában meglehetősen rövidek. Ez a fajta változékonyság a csapadékban is nagyobb léptékben látható, mert mint tudják, vannak nedvesebb hónapok vagy évek, szárítók. A csapadék előfordulásának változékonysága is van. Sokat eshet egy helyen, egyáltalán nem, vagy nagyon eltérő erővel, néhány kilométerre vagy akár néhány száz méterre.
A változékonyság az esőzések alapvető jellemzője, ami komplex mérést tesz lehetővé., A meteorológusok (akik az időjárást tanulmányozzák) és a kutatók számos mérőkészüléket fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik számukra a csapadék rendkívüli változékonyságának tanulmányozását. Elmagyarázzuk a három leggyakrabban használt eszköz működését. Az általunk bemutatott adatokat az Ecole des Ponts ParisTech campusán gyűjtöttük össze, ahol dolgozom.
Hogyan mérjük az eső mennyiségét?
a leggyakoribb csapadékmérés a teljes csapadékmélység egy adott időszakban, milliméterben (mm) kifejezve., Például érdemes tudni, hogy hány milliméter eső esett 1 óra, 1 nap, 1 hónap vagy 1 év alatt.
könnyen kap egy durva mérése Csapadék mélysége otthon. Csak kövesse az alábbi lépéseket: (1) vegyen egy sima oldalú palackot, vágja le a felső részt, majd fordítsa fejjel lefelé a palack tetején, hogy egyfajta tölcsért hozzon létre (lásd az 1a ábrát). (2) ragasszon egy vonalzót a palack oldalára, majd töltse fel a palackot a vonalzón lévő nulla jelig, amelynek a palack alján lévő dudorok felett kell lennie. A dudorok egyébként befolyásolják a mérést., (3) hozza ki az esőmérőjét, amennyire csak lehetséges, épületekből és fákból. (4) rendszeresen vegye figyelembe a vízszintet (például minden reggel 8:00 órakor, mielőtt iskolába megy), hogy összegyűjtse saját adatait. Ha azt tervezi, hogy a méréseket a nyár folyamán, néhány, a víz belsejében a palack elpárolog (akár néhány mm naponta), és ez befolyásolja a méréseket. Ennek elkerülése érdekében vékony réteg olajat adhat a vízhez. Mivel könnyebb, mint a víz, az olaj lebeg a víz tetején, és megakadályozza a párolgást., Az esőmérőből kapott mérések megmondják, hogy mennyi csapadék történt egy bizonyos idő alatt.
- 1. B. professzionális billenő vödör esőmérő. C. egy példa a kapott adatok egy borravaló vödör esőmérő, amely megmutatja, hogy mennyi eső (mm, Y-tengely) esett idővel (X-tengely) 27 június 2017 felett Ecole des Ponts ParisTech campus. Az idő megfelel az adott nap órájának., A leggyorsabb növekedés, amely az erősebb esőnek felel meg, 13:00-14:00 között történt.
a Szakemberek használni bonyolultabb eszközök úgynevezett billenő vödör eső mérő látjuk, hogy egy 1B Ábra. Ez az eső mérő úgy néz ki, mint a házi eszköz, kivéve, hogy két vödör alatt a tölcsér. Az esőmérőbe eső vizet a tölcsér egy vödörbe irányítja. Miután a vödör tele van, általában 0 után.,2 mm eső esik, úgy tervezték, hogy automatikusan felboruljon, ami azt jelenti, hogy a másik vödör most a tölcsér alatt lesz. A folyamat újra kezdődik ezzel a másik vödörrel, amíg meg nem tölti a tippeket. Az esőmérő rögzíti az összes vödör tipp idejét, amely megadja a kutató adatait arról, hogy az eső milyen gyorsan esik az idő múlásával. Ábra 1C mutat egy példát az adatokat, hogy lehet beszerezni egy borravaló vödör esőmérő. Ezeket az észrevételeket 2017.június 27-én tették. A csapadék mélysége (mm-ben) gyorsan nőtt 13:00 és 14:00 között, ami azt jelenti, hogy ebben az időszakban sokat esett., A könnyű eső idején ez a készülék nem túl pontos. Például 05:15 és 13:00 között csak annyit lehet mondani, hogy 0,2 mm eső esett (egy vödör csúcsa), de nem tudja pontosan, mikor esett az eső. Ha sok szél van, ez befolyásolhatja az eszköz pontosságát is.
Hogyan mérjük az esőcseppek méretét?
miből áll a csapadék? Eső esik, nyilvánvalóan! Az esőmérők nem elég érzékenyek ahhoz, hogy képesek legyenek mérni az egyes esőcseppeket. A cseppekre és azok méretére vonatkozó adatok gyűjtésének megkezdéséhez szükség van egy disdrometer nevű eszközre.,
mielőtt leírná a “valódi”disdrométert, itt van, hogyan készíthet egyet otthon (lásd Ref. részletesebb leírás). Kövesse az alábbi lépéseket: (1) tegyen egy lemezt, majd tegyen rá néhány milliméter lisztet. (2) Ha esik az eső, menj ki a lemez fedett, feltárni, hogy néhány másodpercig, így néhány csepp is esik rá, és hozzon létre a kis kráterek, majd menj vissza. (3) elemezze az eredményt.
valami hasonlót fog megfigyelni a 2a. ábrán látható módon, és észre fogod venni, hogy a cseppek nem mindegyike azonos méretű—egyesek nagyon kicsiek, mások nagyon nagyok!, Valójában a kráterek nagyobbak, mint a cseppek, mert a víz kissé eloszlik, miután eléri a lemezt, de még mindig lehetővé teszik, hogy közvetlenül megjelenítse a cseppméretek sokféleségét, még nagyon rövid idő alatt is.
- 2.ábra
- A. a tányéron lisztből készült házi disdrométerrel végzett mérések. B. optikai disdrométer. Ez egy jeladóból áll, amely fénylapot generál a vevő felé. Amikor egy csepp esik át a készülék, a vevő kap árnyékolt (lásd Ref., egy tudományos cikk segítségével ezt az eszközt). C. Disdrometer adatok, amelyek a cseppek számát mutatják, a cseppméret-osztályok alapján, az 27 június 2017 során az Ecole des Ponts ParisTech campuson bekövetkezett csapadékesemény során mérve. Az X-tengelyen látható az átmérőosztályok mérete, az Y-tengelyen pedig az adott osztály cseppjeinek száma. Mint látható, a szélessége a különböző osztályok nem mindig ugyanaz. Ezek kisebbek a kis cseppek, amelyek több D. csapadékmennyiség mm/h (Y-tengely) idővel h (X-tengely), ugyanabban az esőben esemény látható C., Ez a grafikon azt mutatja, hogy három csapadékcsúcs történt azon a napon.
ahogy el lehet képzelni, a meteorológusok és a kutatók egy olyan eszközt akartak, amely automatikusabb és precízebb, mint a lisztlemez! Most elsősorban optikai disdrométereket használnak, amelyek a 2b. ábrán látható módon működnek.Ez a fajta disdrométer két részből áll: egy adóból és egy vevőből. Az adó néhány mm magasságú fénylapot generál. A vevő igazodik az adó, ami azt jelenti, hogy ha nem esik, a vevő megkapja az összes fényt., Amikor azonban egy csepp áthalad a fénylapon, kitalálja, mi történik? A kapott fény mennyisége kisebb, mert egy részét a csepp blokkolja. Ha a csepp nagyon gyorsan esik, a kapott fény csökkenésének időtartama rövid lesz. Így becsülik meg a csökkenő csepp lefelé irányuló sebességét (sebességét). Ha a csepp nagy, a Vevő által mért jel nagyobb mértékben csökken, mint egy kisebb cseppnél. Így becsülik meg a csepp méretét. Ily módon megmérjük az adó és a vevő között áthaladó minden csepp méretét és sebességét.,
az esőcseppek akár 5-6 mm-esek is lehetnek.nagyobb cseppek szétesnek ősszel. Valójában ebben a méretben nem elég erősek ahhoz, hogy ellenálljanak a szél erejének, amelyet gyorsan leesnek. A cseppek esésének sebessége a méretükkel növekszik: az 1 mm-es cseppek 3 m/s-ra esnek, míg az 5 mm-es cseppek (nagyon nagyok) 8 m/s-ra esnek. a 2C ábra az egyes méretű cseppek számát mutatja, amelyek egy 2017.június 27-én a párizsi területen bekövetkezett vihar során estek. A kis cseppek sokkal több, mint a nagyok. De ne felejtsük el, hogy egy 1 mm-es csepp térfogata 125-szer kisebb, mint egy 5 mm-es csepp!, Ez azt jelenti, hogy bár nem sok, a nagy cseppek sok csapadékmélységet jelentenek. Tekintsük most az egymást követő idő lépéseit 30 s. ezután, hozzáadásával a kötet az összes csepp, hogy áthaladt a disdrometer során 30-S idő lépés, Meg lehet becsülni az összeget az eső mélysége esett során minden 30-S idő lépésben. Ez a becslés megadja az eső sebességét, általában mm / h-ban kifejezve., Az eső mértéke megfelel az 1 óra alatt felhalmozódó esőmélységnek, ha az eső sebessége állandó marad ebben az órában (ami valójában soha nem fordul elő a való életben). 2D ábra mutatja az eső mértéke (mm / h), a 30-S idő lépéseket, ugyanazon 27 június 2017 esemény. Az esőzések erős változékonysága könnyen látható a grafikonon.
Hogyan készítsünk Csapadéktérképeket?
eddig csak olyan eszközöket tárgyaltunk, amelyek pontos helyen biztosítják a csapadék mérését., Mind az esőmérők, mind a disdrométerek csak képet adnak arról, hogy az eső esett rájuk, de nem a környező területeken vagy 20 km-re. A csapadéktérképek létrehozásához, amelyek olyan térképek, amelyek egy adott időtartamon (például 5 perc vagy 1 óra) esett esőmennyiséggel több helyen vannak, az időjárási radarra kell támaszkodnunk.
az időjárási radar működését a 3a. ábra foglalja össze. először is, a radarberendezés egy irányban elektromágneses hullámot továbbít, amely bizonyos energiát továbbít a légkörön keresztül., Amikor ez az energia eléri a vízcseppet egy felhőben, ennek az energiának egy kis részét visszaküldik a radarberendezésbe. Ezután a berendezés méri ezt a nagyon kis mennyiségű energiát, amelyet az összes csepp kapott. Speciális számítógépes programok segítségével a kapott energia mennyiségét az eső mennyiségére lehet átalakítani. Fontos megjegyezni, hogy a radar nem közvetlenül méri az eső mennyiségét, hanem méri a cseppek által visszaküldött energia mennyiségét. Az energiának az eső mennyiségére való átalakulása trükkösnek bizonyul, és az emberek még mindig kutatásokat végeznek annak javítása érdekében ., Jelenleg például a drop size Eloszlás és a drop location egy radar pixelen belül homogén. Ez a valóság túlzott egyszerűsítése, amely befolyásolhatja a méréseket . A számítógépes program lehetővé teszi a radarberendezés számára, hogy becsülje meg a csapadék mennyiségét olyan helyeken, amelyek messze vannak. A radarberendezés körbefordulhat, és szögét is megváltoztathatja, így teljes környezetében meg tudja becsülni az eső sebességét.
- 3., Az időjárási radar úgy működik, hogy egy hullámot küld a légkörbe, ahol a cseppek egy részét visszaadják a radarnak. A bemutatott berendezés az Ecole des Ponts ParisTech campusán található. B. a 2016. szeptember 15-én ezzel a radarral kapott adatok alapján létrehozott csapadéktérkép 3 perc alatt és 40 másodperc alatt.két nagyon intenzív csapadéksejt látható a térkép alsó részén.
a radar típusától függően a csapadék 150-200 km-re becsülhető a radarberendezéstől. Számos fejlett ország rendelkezik radarberendezésekkel., A különböző radarberendezések által gyűjtött adatok kombinálásával az egész országra kiterjedő csapadéktérképeket szerezhetünk be. Ábra 3B mutat egy példát a csapadék radar térkép mért radar berendezések Ecole des Ponts ParisTech. A csapadék változékonysága látható-a térkép alsó részén látható két nagyon intenzív sejt, sárga és piros színben.
mit tanultunk?
a csapadék rendkívül változó, mind az idő múlásával, mind a különböző helyek között, ami nagyon megnehezíti a mérést., Az esőmérő alapvetően összegyűjti a rá eső vizet, és rögzíti az idő múlásával bekövetkező változást a csapadékmélységben, amelyet általában mm-ben fejeznek ki. sokkal részletesebb információkat kaphat disdrométerekkel. A drisdrométer olyan fénylapot hoz létre, amely részben blokkolva van, amikor egy csepp esik rajta. A fénylapon áthaladó minden csepp méretét és sebességét a blokkolt fény mennyiségéből becsüljük meg., Hozzon létre csapadék térképek intézkedés csapadékmennyiség több helyen kell használni, a radar, amely alapvetően küld egy kis energiát a légkörbe, elemzéseket az a része, hogy az energia, hogy visszatér, ha lepattan az eső esik, a légkörben. Még mindig sok tudós dolgozik azon, hogyan lehet pontosan mérni a csapadékot az idő múlásával, egyszerre több helyen.
szószedet
billenő vödör Esőmérők: olyan eszköz, amely pontos helyen méri a kumulatív csapadékmélységet (mm-ben).,
Disdrometer: olyan eszköz, amely méri a rajta áthaladó esőcseppek méretét és sebességét.
időjárási Radar: olyan eszköz, amely lehetővé teszi a csapadéktérképek nagy területen történő kiszámítását különböző időléptékekben (például 5 perc, 1 óra és 1 nap).
homogén: mindenhol hasonló.
összeférhetetlenségi nyilatkozat
a szerző kijelenti, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.,
A szerzők nagymértékben elismerik a részleges pénzügyi támogatást, amely az Ecole des Ponts ParisTech “Hydrology for Resilient Cities” (Veolia) elnöke.