Как работает дождемер?

Осадкомер: обзор и принцип работы

Что такое осадкомер?

Осадки являются одним из важнейших источников пресной воды, и мониторинг количества осадков имеет решающее значение для сельского хозяйства, гидрологии, прогнозирования погоды и климатических исследований. Осадкомер (плювиограф) — это метеорологический прибор, используемый для измерения количества атмосферных осадков (обычно дождя) за определенный период времени на конкретной территории. Это ключевой инструмент в метеорологии, гидрологии и сельском хозяйстве, предоставляющий данные для оценки водных ресурсов, прогнозирования наводнений и изучения климатических моделей. Осадкомеры в основном собирают и измеряют жидкие осадки, такие как дождевая вода, но иногда могут измерять и эквивалент таяния твердых осадков (например, снега).

Типы осадкомеров

В зависимости от конструкции и механизмов измерения осадкомеры можно разделить на следующие категории:

1. Стандартный осадкомер (ручной осадкомер)

Это простое ручное устройство, используемое для периодического сбора и измерения осадков. Распространенным примером является осадкомер цилиндрического типа с градуировкой, который широко используется благодаря своей простоте и низкой стоимости.

- Применимые сценарии: низкая стоимость, простота эксплуатации, часто используется в сельском хозяйстве, образовании и любительских метеорологических наблюдениях. Данные необходимо считывать и записывать вручную периодически.

2. Челночный осадкомер (Tipping Bucket)

Это автоматический регистрирующий прибор, который собирает дождевую воду в небольшой опрокидывающийся челнок (ковш). Когда челнок достигает определенной емкости, он опрокидывается, активируя счетчик.

- Преимущества:

     - Непрерывная запись данных, подходит для автоматического мониторинга.

     - Может быть подключен к регистраторам данных или системам дистанционной передачи.

- Ограничения:

     - Может быть неточным при очень сильных или очень слабых осадках.

     - Требует регулярной чистки и обслуживания для предотвращения засорения.

3. Весовой осадкомер

Измеряет вес собранных осадков для определения их объема. Этот тип прибора обладает высокой точностью и может измерять как жидкие, так и твердые осадки.

- Преимущества:

     - Высокая точность, возможность измерения различных типов осадков (дождь, снег, град).

     - Подходит для научных исследований и высокоточных применений.

- Ограничения:

     - Высокая стоимость и сложная структура.

     - Требует регулярного обслуживания.

4. Оптический осадкомер

Использует оптические датчики для обнаружения прерывания световых лучей падающими каплями дождя, предоставляя данные в реальном времени при минимальных требованиях к обслуживанию.

- Преимущества:

     - Низкие эксплуатационные расходы, отсутствие движущихся частей, возможность предоставления данных об интенсивности осадков в реальном времени.

- Ограничения:

     - Может иметь более низкую точность при очень сильном дожде или при наличии очень мелких капель.

     - Чувствителен к помехам от пыли, тумана и т. д.

5. Емкостные или пьезоэлектрические датчики капель дождя (в основном для обнаружения наличия дождя)

Эти датчики используются для фиксации самого факта дождя, а не для точного измерения его количества.

- Емкостные датчики фиксируют изменения электрической емкости, когда капли дождя попадают на поверхность сенсора.

- Пьезоэлектрические датчики генерируют электрический сигнал от удара дождевых капель.

Принцип работы осадкомеров

1. Стандартный осадкомер (ручной осадкомер)

Стандартный осадкомер обычно состоит из цилиндрического контейнера с открытым верхом для сбора дождевой воды. Вода стекает в более узкую измерительную трубку через воронку; на трубке нанесена градуировка, отображающая глубину осадков в миллиметрах или дюймах. Узкая трубка помогает «увеличить» шкалу измерения, повышая точность. Пользователь вручную считывает и записывает уровень воды после дождя, затем опорожняет прибор для следующего использования.

2. Челночный осадкомер (Tipping Bucket)

Челночный осадкомер использует воронку для направления дождевой воды в механизм с небольшим опрокидывающимся челноком. Каждый челнок имеет фиксированную емкость (например, эквивалентную 0,2 мм осадков). Когда челнок наполняется, он опрокидывается, опустошается и замыкает переключатель для фиксации события. Количество опрокидываний подсчитывается электроникой и преобразуется в общее количество осадков.

- Преимущества: автоматизированный сбор данных, подходит для непрерывного мониторинга.

- Ограничения: при очень интенсивных ливнях челнок может опрокидываться слишком быстро, что приводит к потере части воды и недооценке данных.

3. Весовой осадкомер

Весовой осадкомер использует контейнер, установленный на высокоточных весах, для измерения веса собранных осадков. Зная плотность воды, вес преобразуется в глубину осадков. Этот тип прибора может измерять как жидкие, так и твердые осадки (например, снег или град) и обычно записывает данные в электронном виде с высокой точностью.

4. Оптический осадкомер

Оптический осадкомер использует источник света и датчик для обнаружения капель дождя. Когда капля проходит через световой луч, она прерывает сигнал, и устройство оценивает интенсивность и объем осадков на основе частоты и размера прерываний. Такие приборы часто используются на автоматических метеостанциях.

5. Емкостные или пьезоэлектрические датчики капель дождя

Эти датчики определяют наличие дождя на основе изменения электрических свойств.

- Емкостные датчики фиксируют изменения емкости при попадании капель на поверхность сенсора.

- Пьезоэлектрические датчики генерируют электрические сигналы от кинетического воздействия капель.

Применение и важность

Осадкомеры играют решающую роль в прогнозировании погоды, мониторинге наводнений, планировании сельскохозяйственных работ и климатических исследованиях. Предоставляя точные данные об осадках, они помогают управлять водными ресурсами, предсказывать стихийные бедствия и понимать долгосрочные климатические тенденции.

Заключение

Осадкомеры, от простых ручных устройств до продвинутых автоматизированных систем, играют жизненно важную роль в измерении атмосферных осадков. Различные типы — стандартные, челночные, весовые, оптические и емкостные/пьезоэлектрические — имеют уникальные принципы работы, подходящие для конкретных нужд и условий среды. Точное измерение осадков помогает принимать решения об ирригации в сельском хозяйстве, прогнозировать погоду, предотвращать наводнения и исследовать изменения климата. При выборе осадкомера важно подобрать модель, наиболее соответствующую сценарию применения, бюджету и требованиям к точности.

Технические данные челночного осадкомера

NBL-W-ARS-Tipping-bucket-rain-gauge-instruction-manual.pdf

NBL-W-RS-Rain-sensors-instruction-manual-V4.0.pdf