gränser för unga sinnen (Svenska)

regn är en av de vanligaste delade upplevelserna på jorden, och jag slår vad om att du regelbundet bevittnar det. Ibland är du redo med lämpliga kläder och ibland inte!, Regn är ibland lång och lätt, ibland kort och tung, och ibland lång och tung. När nederbörden är lång och tung kan det leda till snabb översvämning, vilket är farligt för den närliggande befolkningen. Regn är också nödvändigt, eftersom det ger vatten till växter och slutligen fyller floder. Eftersom regn är både en nödvändig resurser och ett hot, är det viktigt att bättre förstå detta naturfenomen.

det är mycket troligt att du redan har märkt att regn är variabel över tiden. När du bor på samma plats regnar det inte där hela tiden., Även under en regnhändelse kan regnets styrka ständigt förändras från mycket ljus till mycket stark. De starkare perioderna av regn är vanligtvis ganska korta. Denna typ av variabilitet i nederbörd är också synlig i större skala, för som du vet finns det våtare månader eller år och torktumlare. Det finns också variabilitet där regn uppstår. Det kan regna mycket på ett ställe och inte alls, eller med en helt annan styrka, några kilometer bort eller till och med några hundra meter bort.

variabilitet är ett grundläggande inslag i regn som gör det komplicerat att mäta., Meteorologer (personer som studerar väder) och forskare har utvecklat många mätinstrument som gör det möjligt för dem att studera den extrema variationen av regn. Vi kommer att förklara hur de tre vanligaste enheterna fungerar. De data vi presenterar samlades in på campus Ecole des Ponts ParisTech, där jag arbetar.

Hur mäter vi mängden regn som faller?

den vanligaste nederbördsmätningen är det totala nederbördsdjupet under en given period, uttryckt i millimeter (mm)., Till exempel kanske vi vill veta hur många millimeter regn föll under 1 h, 1 dag, 1 månad eller 1 år.

Du kan enkelt få en grov mätning av regndjupet hemma. Följ bara dessa steg: (1) Ta en flaska med släta sidor, skära av den övre delen och vänd den upp och ner på toppen av flaskan för att skapa en slags tratt (se Figur 1A). (2) Håll en linjal på flaskans sida och fyll flaskan med vatten upp till nollmärket på linjalen, som bör ligga över stötarna längst ner på flaskan. Stötarna skulle annars påverka mätningen., (3) Ta med din regnmätare utanför, så långt som möjligt från byggnader och träd. (4) notera regelbundet vattennivån (till exempel varje morgon klockan 8:00 innan du går till skolan) för att samla in dina egna data. Om du planerar att ta dina mätningar under sommaren kommer en del av vattnet inuti flaskan att förångas (upp till några mm om dagen) och detta kommer att påverka dina mätningar. För att undvika detta kan du lägga till ett tunt lager olja i vattnet. Eftersom det är lättare än vatten, kommer oljan att flyta på toppen av vattnet och förhindra avdunstning., Mätningarna du får från din regnmätare kommer att berätta hur mycket regn inträffade under en viss tidsperiod.

professionella använder mer komplicerade enheter som kallas tipping bucket rain gauges och du kan se en i Figur 1B. denna regnmätare ser ut som din hemlagade enhet, förutom att det finns två hinkar under tratten. Vattnet som faller i regnmätaren kommer att dirigeras till en hink av tratten. När hinken är fylld, vanligtvis efter 0.,2 mm regn faller, den är utformad för att automatiskt tippa, vilket innebär att den andra hinken nu kommer att ligga under tratten. Processen börjar om igen med denna andra hink, tills den är fylld och tips. Regnmätaren registrerar tiden för alla skoptips, vilket ger forskaren uppgifter om hur snabbt regnet faller över tiden. Figur 1C visar ett exempel på data som kan erhållas med hjälp av en tipphink regnmätare. Dessa synpunkter gjordes den 27 juni 2017. Nederbördsdjupet (i mm) ökade snabbt mellan 13:00 och 14:00, vilket innebär att det regnade mycket under den perioden., Under en period av lätt regn är den här enheten inte särskilt exakt. Till exempel, mellan 05:15 och 13:00, allt du kan säga är att 0,2 mm regn föll (ett tips av en hink), men du vet inte exakt när det regnet föll. Om det finns mycket vind, kan det också påverka enhetens noggrannhet.

Hur mäter vi storleken på regndroppar?

vad är Nederbörd gjord av? Regndroppar, uppenbarligen! Regnmätare är inte tillräckligt känsliga för att kunna mäta enskilda regndroppar. För att börja samla in data om droppar och deras storlek behöver du en enhet som heter en disdrometer.,

innan du beskriver en ”riktig” disdrometer, här är hur du kan göra en hemma (se Ref. för en mer detaljerad beskrivning). Följ dessa steg: (1) Ta en tallrik och lägg några millimeter mjöl över det. (2) när det regnar, gå ut med plattan täckt, avslöja det i några sekunder så några droppar kan falla på det och skapa små kratrar, sedan gå tillbaka inuti. (3) analysera resultatet.

Du kommer att observera något som liknar vad som visas i Figur 2A, och du kommer att märka att droppar inte alla har samma storlek—vissa är mycket små och vissa är mycket stora!, Egentligen är kratrarna större än dropparna eftersom vattnet sprider sig något efter att det träffar plattan, men de gör det fortfarande möjligt för dig att direkt visualisera det stora utbudet av droppstorlekar, även under en mycket kort tid.

som ni kan föreställa er, meteorologer och forskare ville ha en enhet mer automatisk och exakt än mjöl plattan! De använder nu huvudsakligen optiska disdrometrar, som fungerar som visas i Figur 2B. denna typ av disdrometer är gjord av två delar: en sändare och en mottagare. Sändaren genererar ett ljusark några mm i höjd. Mottagaren är i linje med sändaren, vilket innebär att när det inte regnar, mottagaren tar emot allt ljus., Men när en droppe passerar genom ljusbladet, gissa vad som händer? Mängden ljus som tas emot är mindre, eftersom en del blockeras av droppen. Om droppen faller mycket snabbt kommer varaktigheten av minskningen av det mottagna ljuset att vara kort. Så här beräknas den nedåtgående hastigheten (hastigheten) för den fallande droppen. Om droppen är stor minskar signalen som mäts av mottagaren mer än med en mindre droppe. Så här beräknas droppstorleken. På detta sätt mäts storleken och hastigheten för varje droppe som passerar mellan sändaren och mottagaren.,

regndroppar kan vara så stora som 5-6 mm. större droppar delas under hösten. I själva verket vid denna storlek är de inte tillräckligt starka för att motstå kraften i vinden de känner när de faller snabbt. Hastigheten vid vilken droppar faller ökar med sin storlek: 1-mm droppar faller vid 3 m/s medan 5-mm droppar (mycket stora) faller vid 8 m/s. figur 2C visar antalet droppar av varje storlek som föll under en storm som inträffade den 27 juni 2017 i Paris-området. Små droppar är mycket fler än stora. Men glöm inte att en 1 mm droppe har en volym 125 gånger mindre än en 5 mm droppe!, Detta innebär att, även om de inte är många, stora droppar står för en hel del av regndjupet. Låt oss nu överväga successiva tidssteg på 30 s. sedan, genom att lägga till volymen av alla droppar som passerade genom disdrometern under ett 30-s tidssteg, kan du uppskatta mängden regndjup som föll under varje 30-s tidssteg. Denna uppskattning ger dig regnhastigheten, och den uttrycks vanligtvis i mm/h. regnhastigheten ger dig en uppfattning om styrkan i nederbörden., Regnet motsvarar regnet djup som skulle ackumuleras över 1 h, om regnet var konstant under denna timme (som faktiskt aldrig inträffar i verkliga livet). Figur 2D visar regnhastigheten (i mm / h), med 30-s tidssteg, under samma 27 juni 2017-händelse. Den starka variationen i regnhastigheten kan lätt ses i diagrammet.

Hur gör vi regn kartor?

hittills har vi bara diskuterat enheter som kan ge mätningar av nederbörd på en exakt plats., Både regnmätare och disdrometers ger dig bara en uppfattning om regnet som föll på dem, men inte på de omgivande områdena eller 20 km bort. För att skapa regnkartor, som är kartor med mängden regn som har fallit över en viss tidspan (till exempel 5 min eller 1 h) på flera platser, måste vi lita på väderradar.

väderradarns funktion sammanfattas i figur 3A. för det första sänder radarutrustningen en elektromagnetisk våg i en riktning som överför viss energi genom atmosfären., När denna energi når ett vattenfall i ett moln skickas en liten del av den energin tillbaka till radarutrustningen. Därefter mäter utrustningen denna mycket lilla mängd energi som tas emot från alla droppar. Med hjälp av speciella datorprogram är det möjligt att konvertera mängden energi som mottas till mängden regn. Det är viktigt att komma ihåg att en radar inte direkt mäter mängden regn, utan mäter istället mängden energi som skickas tillbaka av dropparna. Denna omvandling av energi till mängden regn visar sig vara knepigt och människor gör fortfarande forskning för att förbättra det ., Till exempel antas för närvarande släppstorleksfördelningen och släppplatsen inom en radarpixel homogen. Det är en överförenkling av verkligheten som kan påverka mätningarna . Datorprogrammet gör det möjligt för radarutrustningen att uppskatta mängden nederbörd på platser som är långt borta. Radarutrustningen kan snurra runt och kan också ändra sin vinkel, så att den kan uppskatta regnhastigheten i hela omgivningen.

beroende på typ av radar är det möjligt att uppskatta nederbörd upp till 150-200 km från radarutrustningen. Många utvecklade länder har ett nätverk av radarutrustning., Genom att kombinera de data som samlas in av alla olika radarutrustning, kan vi få kartor över regn över hela landet. Figur 3b visar ett exempel på en regnradarkarta mätt med radarutrustning vid Ecole des Ponts ParisTech. Variabiliteten i nederbörden kan ses-Lägg märke till de två mycket intensiva cellerna på den nedre delen av kartan, i gult och rött.

Vad lärde vi oss?

nederbörden är extremt variabel, både över tid och mellan olika platser, vilket gör det mycket svårt att mäta., En regnmätare samlar i grunden vatten som faller på det och registrerar förändringen över tiden i regndjupet, vilket vanligtvis uttrycks i mm. du kan få mycket mer detaljerad information med disdrometers. En drisdrometer genererar ett ljusark som delvis blockeras när en droppe faller genom den. Storleken och hastigheten för varje droppe som passerar genom ljusbladet uppskattas från den mängd ljus som är blockerad., För att skapa regnkartor som mäter regn över flera platser måste vi använda radar, som i grunden skickar lite energi i atmosfären och analyserar den del av den energi som returneras till den när den studsar av regnet sjunker i atmosfären. Det finns fortfarande en hel del forskare arbetar sätt att exakt mäta regn över tid och på flera platser på en gång.

ordlista

tippa Hinkregnmätare: en enhet som mäter kumulativt regndjup (i mm) på en exakt plats.,

Disdrometer: en enhet som mäter storleken och hastigheten för varje regnfall som passerar genom den.

väderradar: en enhet som gör det möjligt att beräkna regn kartor över ett stort område för olika tidssteg (t.ex. 5 min, 1 h, och 1 dag).

homogen: är av liknande slag överallt.

intressekonflikt uttalande

författaren förklarar att forskningen genomfördes i avsaknad av kommersiella eller finansiella relationer som kan tolkas som en potentiell intressekonflikt.,

bekräftelser

författarna erkänner i hög grad partiellt ekonomiskt stöd bildar ordförande ”hydrologi för fjädrande städer” (begåvad av Veolia) av Ecole des Ponts ParisTech.