Fronteiras para Mentes Jovens

Resumo

eu tenho quase certeza que você regularmente experiência de chuva e, às vezes, ficar muito molhado, pois você não tem a roupa adequada! A precipitação é tanto um recurso necessário, uma vez que enche rios e fornece água doce, e uma ameaça potencial com chuvas fortes que levam a (possivelmente rápida) inundações. Um passo muito necessário para compreender melhor este fenómeno natural é medi-lo adequadamente., Acontece que é bastante complicado porque a precipitação é extremamente variável no tempo e no espaço. Neste artigo, você vai aprender o funcionamento de três dispositivos de medição de precipitação que fornecem a profundidade cumulativa de chuva (bitolas de chuva de balde inclinado), tamanho e velocidade de gotas caindo (disdrômetros), ou mapas de chuva (radares meteorológicos).a precipitação é uma das experiências mais comuns na terra, e aposto que o testemunham regularmente. Às vezes você está pronto com roupas apropriadas e às vezes não!, As chuvas são por vezes longas e leves, por vezes curtas e pesadas, e por vezes longas e pesadas. Quando a precipitação é longa e pesada, pode levar a inundações rápidas, o que é perigoso para a população vizinha. A precipitação também é necessária, uma vez que fornece água às plantas e, em última análise, enche rios. Uma vez que a precipitação é simultaneamente um recurso necessário e uma ameaça, é importante compreender melhor este fenómeno natural.

é muito provável que você já tenha notado que a chuva é variável ao longo do tempo. Quando você fica no mesmo lugar, não chove lá o tempo todo., Mesmo durante um evento de chuva, a força da chuva pode mudar constantemente de muito leve para muito forte. Os períodos mais fortes de precipitação são geralmente bastante curtos. Este tipo de variabilidade na precipitação também é visível em uma escala maior, porque como você sabe, há meses mais úmidos ou anos e secadores. Há também variabilidade nos locais onde ocorre a precipitação. Pode chover muito em um local e não em tudo, ou com uma força muito diferente, a poucos quilômetros de distância ou mesmo a algumas centenas de metros de distância.a variabilidade é uma característica básica da precipitação que torna a medição complexa., Meteorologistas (pessoas que estudam o tempo) e pesquisadores desenvolveram vários dispositivos de medição que lhes permitem estudar a extrema variabilidade da precipitação. Explicaremos o funcionamento dos três dispositivos mais usados. Os dados que apresentamos foram recolhidos no campus da Ecole des Ponts ParisTech, onde trabalho.como medimos a quantidade de chuva que cai?

a medição de pluviosidade mais comum é a profundidade total de pluviosidade durante um determinado período, expressa em milímetros (mm)., Por exemplo, podemos querer saber quantos milímetros de chuva caíram ao longo de 1 h, 1 dia, 1 mês, ou 1 ano.você pode facilmente obter uma medição aproximada da profundidade da chuva em casa. Basta seguir estes passos: (1) Tome uma garrafa com lados lisos, corte a parte superior e vire-a de cabeça para baixo no topo da garrafa, para criar uma espécie de funil (ver Figura 1A). (2) Coloque uma régua no lado da garrafa e encha a garrafa de água até a marca zero na régua, que deve estar acima dos solavancos na parte inferior da garrafa. Os solavancos de outra forma afetariam a medição., (3) traga seu medidor de chuva para fora, tanto quanto possível de edifícios e árvores. (4) Observe regularmente o nível da água (por exemplo, todas as manhãs às 8:00 da manhã antes de ir para a escola) para coletar seus próprios dados. Se planeia fazer as suas medições durante o verão, alguma da água dentro da garrafa evaporar-se-á (até alguns mm por dia), o que afectará as suas medições. Para evitar isso, você pode adicionar uma fina camada de óleo para a água. Uma vez que é mais leve que a água, o óleo irá flutuar no topo da água e evitar a evaporação., As medidas que você obtém a partir do seu medidor de chuva irá dizer-lhe quanta chuva ocorreu ao longo de um determinado período de tempo.

o uso de Profissionais mais complicado dispositivos chamado pluviômetro chuva, medidores e você pode ver na Figura 1B. Este medidor de chuva parece que seu dispositivo caseiro, exceto que há dois baldes abaixo do funil. A água que cai na bitola da chuva será encaminhada para um balde pelo funil. Uma vez que o balde está cheio, geralmente depois de 0.,2 mm de chuva cai, ele é projetado para inclinar automaticamente, o que significa que o outro balde será agora sob o funil. O processo começa tudo de novo com este outro balde, até que ele é preenchido e dicas. O rain gauge registra o tempo de todas as dicas de balde, o que dará ao pesquisador dados sobre a rapidez com que a chuva cai ao longo do tempo. A figura 1C mostra um exemplo dos dados que podem ser obtidos utilizando um gabarito de chuva de balde de inclinação. Estas observações foram feitas em 27 de junho de 2017. A profundidade da chuva (em mm) rapidamente aumentou entre 13: 00 e 14:00, O que significa que choveu muito durante esse período., Durante um período de chuva leve, este dispositivo não é muito preciso. Por exemplo, entre 05:15 e 13:00, Tudo que você pode dizer é que 0,2 mm de chuva caiu (uma ponta de um balde), mas você não sabe exatamente quando essa chuva caiu. Se houver um monte de vento, que também pode afetar a precisão do dispositivo.como medimos o tamanho das gotas de Chuva?de que é feita a precipitação? Gotas de chuva, obviamente! Os medidores de chuva não são sensíveis o suficiente para serem capazes de medir gotas de chuva individuais. Para começar a recolher dados sobre gotas e seu tamanho, você precisa de um dispositivo chamado disdrômetro.,

Antes de descrever um disdrômetro “real”, aqui está como você pode fazer um em casa (veja Ref. para uma descrição mais detalhada). Siga estes passos: (1) Pegue um prato e coloque alguns milímetros de farinha em cima dele. (2) quando está chovendo, vá para fora com a placa coberta, descobri-lo por alguns segundos para que algumas gotas podem cair sobre ele e criar pequenas crateras, em seguida, voltar para dentro. (3) analisar o resultado.

irá observar algo semelhante ao que é mostrado na figura 2A, e irá notar que as gotas não têm todos o mesmo tamanho—algumas são muito pequenas e algumas são muito grandes!, Na verdade, as crateras são maiores do que as gotas porque a água se espalha ligeiramente depois de atingir a placa, mas elas ainda permitem visualizar diretamente a grande variedade de tamanhos de queda, mesmo durante um tempo muito curto.

Como você pode imaginar, meteorologistas e pesquisadores queriam um dispositivo mais automático e preciso do que a farinha de prato! Eles agora usam principalmente disdrômetros ópticos, que funcionam como mostrado na figura 2B. este tipo de disdrômetro é feito de duas partes: um transmissor e um receptor. O transmissor gera uma folha de luz de alguns mm de altura. O receptor está alinhado com o transmissor, o que significa que quando não chove, o receptor recebe toda a luz., No entanto, quando uma gota passa pela folha de luz, Adivinha o que acontece? A quantidade de luz recebida é menor, porque uma porção fica bloqueada pela queda. Se a queda cair muito rapidamente, a duração da diminuição na luz recebida será curta. É assim que a velocidade descendente (velocidade) da queda é estimada. Se a queda for grande, o sinal medido pelo receptor diminuirá mais do que com uma queda menor. É assim que o tamanho da queda é estimado. Desta forma, medem-se o tamanho e a velocidade de cada gota que passa entre o transmissor e o receptor.,as gotas de Chuva podem ser tão grandes como 5 a 6 mm. as gotas maiores são divididas durante a sua queda. Na verdade, neste tamanho eles não são suficientemente fortes para resistir ao poder do vento que sentem quando caem rapidamente. A velocidade a que as gotas caem aumenta com o seu tamanho: as gotas de 1 mm caem a 3 m/s, enquanto as gotas de 5 mm (muito grandes) caem a 8 m/s. A Figura 2C mostra o número de gotas de cada tamanho que caíram durante uma tempestade que ocorreu em 27 de junho de 2017 na área de Paris. As gotas pequenas são muito mais numerosas do que as grandes. Mas não se esqueça que uma queda de 1 mm tem um volume 125 vezes menor que uma queda de 5 mm!, Isto significa que, embora não sejam numerosas, grandes gotas são responsáveis por muita da profundidade da chuva. Vamos agora considerar etapas sucessivas de tempo de 30 s. Em seguida, adicionando o volume de todas as gotas que passaram através do distrômetro durante um passo de tempo de 30-s, você pode estimar a quantidade de profundidade de chuva que caiu durante cada passo de tempo de 30-s. Esta estimativa dar-lhe-á a taxa de chuva, e é geralmente expressa em mm/h. A taxa de chuva dá-lhe uma idéia da força da chuva. , A taxa de chuva corresponde à profundidade de chuva que se acumularia acima de 1 h, se a taxa de chuva permanecesse constante durante esta hora (que na verdade nunca ocorre na vida real). A figura 2D mostra a taxa de chuva (em mm/h), com intervalos de tempo de 30-s, durante o mesmo evento de 27 de junho de 2017. A forte variabilidade na taxa de chuva pode ser facilmente vista no gráfico.como fazemos mapas de Chuva?

até agora, nós só temos discutido dispositivos que podem fornecer medições da precipitação em um local preciso., Tanto os medidores de chuva como os disdrómetros só lhe dão uma ideia da chuva que caiu sobre eles, mas não nas áreas circundantes ou a 20 km de distância. Para criar mapas de chuva, que são mapas com a quantidade de chuva que caiu sobre um determinado período de tempo (por exemplo, 5 min ou 1 h) em vários locais, precisamos contar com o radar meteorológico.o funcionamento do radar meteorológico é resumido na figura 3A. em primeiro lugar, o equipamento de radar transmite uma onda eletromagnética em uma direção, que transfere alguma energia através da atmosfera., Quando esta energia atinge uma gota de água em uma nuvem, uma pequena parte dessa energia é enviada de volta para o equipamento de radar. Em seguida, o equipamento mede esta pequena quantidade de energia recebida de todas as gotas. Usando programas de computador especiais, é possível converter a quantidade de energia recebida na quantidade de chuva. É importante lembrar que um radar não mede diretamente a quantidade de chuva, mas sim a quantidade de energia enviada de volta pelas gotas. Esta conversão de energia na quantidade de chuva acaba por ser complicada e as pessoas ainda estão fazendo pesquisa para melhorá-la ., Por exemplo, Atualmente a distribuição do tamanho da gota e a localização da gota dentro de um pixel radar são assumidas homogêneas. Trata-se de uma simplificação excessiva da realidade que pode afectar as medições . O programa de computador permite que o equipamento de radar para estimar a quantidade de chuva em lugares que estão longe dele. O equipamento de radar pode girar em torno e também pode mudar seu ângulo, de modo que ele pode estimar a taxa de chuva em todo o seu entorno.

Dependendo do tipo de radar, é possível estimar a precipitação até 150-200 km a partir da antena do equipamento. Numerosos países desenvolvidos possuem uma rede de equipamentos de radar., Combinando os dados coletados por todos os diferentes equipamentos de radar, podemos obter mapas de chuva em todo o país. A figura 3B mostra um exemplo de um mapa de radar de chuva medido por equipamento de radar na Ecole des Ponts ParisTech. A variabilidade da precipitação pode ser vista-observe as duas células muito intensas na parte inferior do mapa, em amarelo e vermelho.o que aprendemos?

a precipitação é extremamente variável, tanto ao longo do tempo como entre diferentes locais, o que torna muito difícil de medir., Um medidor de chuva basicamente coleta água caindo sobre ele e registra a mudança ao longo do tempo na profundidade de chuva, que é geralmente expressa em mm. você pode obter informações muito mais detalhadas com disdrômeros. Um drissômetro gera uma folha de luz que é parcialmente bloqueada quando uma gota cai através dele. O tamanho e velocidade de cada gota que passa pela folha de luz é estimado a partir da quantidade de luz que está bloqueada., Para criar mapas de chuva que medem a precipitação em vários locais, temos que usar o radar, que basicamente envia alguma energia para a atmosfera e analisa a parte dessa energia que é devolvida a ele quando ele ricochete nas gotas de chuva na atmosfera. Ainda há muitos cientistas trabalhando formas de medir com precisão as chuvas ao longo do tempo e em vários locais ao mesmo tempo.glossário indicadores de precipitação acumulada (em mm) num local preciso.,Distrômetro: um dispositivo que mede o tamanho e a velocidade de cada gota de chuva que passa por ele.radares meteorológicos: um dispositivo que permite calcular mapas de chuva sobre uma grande área por vários passos temporais (por exemplo, 5 min, 1 h E 1 dia).

homogêneo: sendo de tipo similar em toda parte.

Declaração de conflito de interesses

o autor declara que a investigação foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que possam ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.,

agradecimentos

autores reconhecem muito o apoio financeiro parcial forma a cadeira “Hidrologia para Cidades Resilientes” (dotado por Veolia) da Ecole des Ponts ParisTech.