Un pluviómetro (también conocido como udómetro , pluviómetro, ombrómetro e hietómetro ) es un instrumento utilizado por meteorólogos e hidrólogos para recolectar y medir la cantidad de precipitación líquida en un área predefinida, durante un período de tiempo determinado. [1] Se utiliza para determinar la profundidad de la precipitación (generalmente en mm) que ocurre sobre una unidad de área y medir la cantidad de lluvia.
Los primeros registros conocidos de precipitaciones fueron llevados por los antiguos griegos , alrededor del año 500 a. C. [ cita requerida ]
Los habitantes de la India empezaron a registrar las precipitaciones en el año 400 a. C. [2] Las lecturas se correlacionaban con el crecimiento esperado. En el Arthashastra , utilizado por ejemplo en Magadha , se fijaban normas precisas en cuanto a la producción de cereales. Cada almacén estatal estaba equipado con un pluviómetro para clasificar la tierra a efectos fiscales. [3] La medición de las precipitaciones también se mencionaba en el texto judío de Palestina. [4] En 1247, el matemático e inventor chino Song Qin Jiushao inventó los pluviómetros y los nivómetros de la cuenca de Tianchi para hacer referencia a las mediciones de lluvia y nevadas, así como a otras formas de datos meteorológicos. [5] [6]
En 1441, durante el reinado de Sejong el Grande de la dinastía Joseon de Corea, se inventó el Cheugugi como el primer pluviómetro estandarizado. [7] [8] [9] En 1662, Christopher Wren creó el primer pluviómetro de balde basculante en Gran Bretaña en colaboración con Robert Hooke . [7] Hooke también diseñó un pluviómetro manual con un embudo que realizó mediciones a lo largo de 1695.
Richard Towneley fue el primero en realizar mediciones sistemáticas de las precipitaciones durante un período de 15 años, desde 1677 hasta 1694, y publicó sus registros en Philosophical Transactions of the Royal Society . Towneley pidió que se hicieran más mediciones en otras partes del país para comparar las precipitaciones en diferentes regiones, [10] aunque solo William Derham parece haber aceptado el desafío de Towneley. Publicaron conjuntamente las mediciones de las precipitaciones en Towneley Park y Upminster en Essex durante los años 1697 a 1704. [11]
El naturalista Gilbert White tomó medidas para determinar la precipitación media desde 1779 hasta 1786, aunque fue su cuñado, Thomas Barker , quien realizó mediciones regulares y meticulosas durante 59 años, registrando la temperatura, el viento, la presión barométrica , las precipitaciones y las nubes. Sus registros meteorológicos son un recurso valioso para el conocimiento del clima británico del siglo XVIII. Pudo demostrar que la precipitación media variaba mucho de un año a otro con un patrón poco discernible. [12]
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El meteorólogo George James Symons publicó el primer volumen anual de British Rainfall en 1860. Este trabajo pionero contenía registros de precipitaciones de 168 estaciones terrestres en Inglaterra y Gales. Fue elegido miembro del consejo de la Sociedad Meteorológica Británica en 1863 y dedicó su vida a investigar las precipitaciones en las Islas Británicas. Estableció una red voluntaria de observadores, que recogían datos que le devolvían para su análisis. Tuvo tanto éxito en esta tarea que en 1866 pudo mostrar resultados que daban una representación justa de la distribución de las precipitaciones y el número de registradores aumentó gradualmente hasta que el último volumen de British Rainfall que vivió para editar, en 1899, contenía cifras de 3.528 estaciones: 2.894 en Inglaterra y Gales , 446 en Escocia y 188 en Irlanda . También recopiló antiguos registros de precipitaciones que se remontaban a más de cien años. En 1870 produjo un relato de las precipitaciones en las Islas Británicas a partir de 1725.
Debido al número cada vez mayor de observadores, la estandarización de los medidores se hizo necesaria. Symons comenzó a experimentar con nuevos medidores en su propio jardín. Probó diferentes modelos con variaciones en tamaño, forma y altura. En 1863 comenzó una colaboración con Michael Foster Ward [13] de Calne , Wiltshire , quien emprendió investigaciones más extensas. Al incluir a Ward y a varios otros en toda Gran Bretaña, las investigaciones continuaron hasta 1890. Los experimentos fueron notables por su planificación, ejecución y extracción de conclusiones. Los resultados de estos experimentos llevaron a la adopción progresiva del conocido medidor estándar, que todavía utiliza la Oficina Meteorológica del Reino Unido en la actualidad, es decir, uno hecho de "... cobre, con un embudo de cinco pulgadas con su borde de latón a un pie por encima del suelo ..." [14]
La mayoría de los pluviómetros modernos miden la precipitación en milímetros de altura recogidos durante un período determinado, lo que equivale a litros por metro cuadrado. Anteriormente, la lluvia se registraba en pulgadas o puntos, donde un punto equivale a 0,254 mm o 0,01 de pulgada. [15]
Los datos de los pluviómetros se leen manualmente o mediante una estación meteorológica automática (AWS). La frecuencia de las lecturas dependerá de los requisitos de la agencia de recolección de datos. Algunos países complementarán al observador meteorológico remunerado con una red de voluntarios para obtener datos de precipitaciones (y otros tipos de condiciones meteorológicas) para áreas escasamente pobladas.
En la mayoría de los casos no se retiene la precipitación, pero algunas estaciones sí envían las precipitaciones y las nevadas para su análisis, que se realiza para obtener los niveles de contaminantes.
Los pluviómetros tienen sus limitaciones. Intentar recoger datos de lluvia durante un ciclón tropical puede resultar casi imposible y poco fiable (incluso si el equipo sobrevive) debido a los vientos extremos. Además, los pluviómetros solo indican la lluvia en una zona localizada. En prácticamente cualquier pluviómetro, las gotas se adhieren a los lados o al embudo del dispositivo de recogida, de modo que las cantidades se subestiman ligeramente y las de 0,01 pulgadas o 0,25 mm pueden registrarse como un " rastro ".
Otro problema que se presenta es cuando la temperatura está cerca o por debajo del punto de congelación. Puede llover sobre el embudo y acumularse hielo o nieve en el medidor, impidiendo que llueva más tarde. Para aliviar esto, un medidor puede estar equipado con un calentador eléctrico automático para mantener las superficies que acumulan humedad y el sensor ligeramente por encima del punto de congelación.
Los pluviómetros deben colocarse en un área abierta donde no haya edificios, árboles u otros obstáculos que bloqueen la lluvia. Esto también sirve para evitar que el agua acumulada en los techos de los edificios o en las hojas de los árboles gotee sobre el pluviómetro después de una lluvia, lo que daría como resultado lecturas inexactas.
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Los tipos de pluviómetros incluyen cilindros graduados , pluviómetros de pesaje, pluviómetros de cubeta basculante y simplemente colectores de pozo enterrados. Cada tipo tiene sus ventajas y desventajas a la hora de recopilar datos de lluvia.
El pluviómetro estándar del Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos , desarrollado a principios del siglo XX, consiste en un embudo de 200 mm que desemboca en un cilindro graduado de 64,1 mm de diámetro que encaja en un recipiente más grande de 200 mm de diámetro y 510 mm de alto. Si el agua de lluvia se desborda del cilindro graduado interior, el recipiente exterior más grande la recogerá. Cuando se toman las medidas, se mide la altura del agua en el cilindro graduado pequeño y el exceso de agua que se desborda en el recipiente grande se vierte con cuidado en otro cilindro graduado y se mide para obtener la lluvia total. A veces se utiliza un medidor de cono para evitar fugas que puedan alterar los datos. En los lugares que utilizan el sistema métrico, el cilindro suele estar marcado en mm y medirá hasta 250 mm de lluvia. Cada línea horizontal del cilindro mide 0,5 mm. En las áreas que utilizan unidades imperiales, cada línea horizontal representa 0,01 pulgadas (0,25 mm).
El pluviómetro de intensidades (o pluviómetro de Jardi) es un instrumento que mide la intensidad media de las precipitaciones en un intervalo de tiempo determinado. Inicialmente fue diseñado para registrar el régimen de precipitaciones en Cataluña, pero con el tiempo se extendió a todo el mundo. [16]
Emplea el principio de retroalimentación ... el agua entrante empuja la boya hacia arriba, haciendo que la "aguja cónica de ajuste" inferior deje pasar la misma cantidad de agua que entra en el recipiente, de esta manera... la aguja registra en el tambor la cantidad de agua que fluye a través de él en cada momento—en mm de lluvia por metro cuadrado.
Consiste en un tambor giratorio que gira a velocidad constante , este tambor arrastra una lámina de cartón graduada, que tiene en el eje de abscisas el tiempo mientras que en el eje y se indica la altura de la precipitación en mm de lluvia . Esta altura se registra con un bolígrafo que se mueve verticalmente, impulsado por una boya, marcando en el papel la precipitación a lo largo del tiempo. Cada lámina de cartón suele utilizarse para un día.
A medida que cae la lluvia, el agua recogida por el embudo cae en el recipiente y hace subir la boya que hace subir el brazo del bolígrafo en el eje vertical, marcando en consecuencia el cartón. Si la lluvia no varía, el nivel del agua en el recipiente se mantiene constante, y mientras el tambor gira, la marca del bolígrafo es más o menos una línea horizontal, proporcional a la cantidad de agua que ha caído. Cuando el bolígrafo llega al borde superior del papel de registro, significa que la boya está "arriba en lo alto del depósito" dejando la punta de la aguja cónica de forma que deja al descubierto el orificio de regulación, es decir , el caudal máximo que es capaz de registrar el aparato. Si la lluvia disminuye de repente, haciendo que el recipiente (al vaciarse) baje rápidamente la boya, ese movimiento corresponde a una línea de pendiente pronunciada que puede llegar hasta el fondo del cartón registrado si deja de llover.
El pluviómetro de intensidades permitió registrar las precipitaciones a lo largo de muchos años, especialmente en Barcelona (95 años), además de en muchos otros lugares del mundo, como Hong Kong. [16] [17]
Un pluviómetro de tipo pesador consta de un recipiente de almacenamiento, que se pesa para registrar la masa. Algunos modelos miden la masa utilizando un bolígrafo sobre un tambor giratorio o utilizando un cable vibrante conectado a un registrador de datos . [8] Las ventajas de este tipo de pluviómetro sobre los de cuchara basculante son que no subestima la lluvia intensa y puede medir otras formas de precipitación, incluida la lluvia, el granizo y la nieve. Sin embargo, estos pluviómetros son más caros y requieren más mantenimiento que los de cuchara basculante.
El medidor de registro de tipo pesado también puede contener un dispositivo para medir la cantidad de sustancias químicas contenidas en la atmósfera del lugar. Esto es extremadamente útil para los científicos que estudian los efectos de los gases de efecto invernadero liberados a la atmósfera y sus efectos en los niveles de lluvia ácida . Algunas unidades del Sistema Automatizado de Observación de Superficie (ASOS) utilizan un medidor de peso automatizado llamado AWPAG (Medidor de Acumulación de Precipitación para Todo Clima).
El pluviómetro de cubeta basculante consiste en un embudo que recoge y canaliza la precipitación hacia un pequeño recipiente con forma de balancín . Después de que cae una cantidad preestablecida de precipitación, la palanca se inclina, vertiendo el agua recogida y enviando una señal eléctrica. Un dispositivo de registro de estilo antiguo puede consistir en un bolígrafo montado en un brazo unido a una rueda dentada que se mueve una vez con cada señal enviada desde el colector. En este diseño, a medida que la rueda gira, el brazo del bolígrafo se mueve hacia arriba o hacia abajo dejando un rastro en el gráfico y al mismo tiempo haciendo un "clic" fuerte.
El pluviómetro de cubeta basculante no es tan preciso como el pluviómetro estándar, porque la lluvia puede detenerse antes de que la palanca se haya inclinado. Cuando comienza el siguiente período de lluvia, puede que no se necesiten más que una o dos gotas para inclinar la palanca. Esto indicaría entonces que ha caído una cantidad preestablecida cuando solo ha caído una fracción de esa cantidad. Los pluviómetros de cubeta basculante también tienden a subestimar la cantidad de lluvia, particularmente en eventos de nevadas y lluvias intensas. [18] [19] La ventaja del pluviómetro de cubeta basculante es que el carácter de la lluvia (ligera, media o fuerte) se puede obtener fácilmente. El carácter de la lluvia se decide por la cantidad total de lluvia que ha caído en un período determinado (generalmente 1 hora) contando el número de pulsos durante ese período. Se pueden aplicar algoritmos a los datos como un método para corregir los datos para lluvias de alta intensidad.
Los pluviómetros basculantes modernos constan de un colector de plástico equilibrado sobre un pivote. Cuando se inclina, activa un interruptor (como un interruptor de láminas ) que luego se registra electrónicamente o se transmite a una estación de recolección remota.
Los medidores de inclinación también pueden incorporar elementos de pesaje, en los que se fija un extensómetro al cubo colector para poder leer la pluviometría exacta en todo momento. Cada vez que el colector se inclina, el extensómetro (sensor de peso) se vuelve a poner a cero para anular cualquier desviación.
Para medir el equivalente en agua de la precipitación congelada, se puede calentar un balde basculante para derretir el hielo y la nieve que queden atrapados en su embudo. Sin un mecanismo de calentamiento, el embudo suele obstruirse durante un evento de precipitación congelada y, por lo tanto, no se puede medir la precipitación. Muchas unidades del Sistema Automatizado de Observación de Superficies (ASOS) utilizan baldes basculantes calentados para medir la precipitación. [20]
Este tipo de medidor tiene una fila de embudos de recolección. En un espacio cerrado debajo de cada uno hay un diodo láser y un detector de fototransistor . Cuando se recoge suficiente agua para formar una sola gota, cae desde el fondo y cae en la trayectoria del haz láser. El sensor está colocado en ángulo recto con el láser para que se disperse suficiente luz para ser detectada como un destello repentino de luces. Luego, los destellos de estos fotodetectores se leen y se transmiten o registran. A lo largo de las décadas se han utilizado diferentes tipos de medidores de rango óptico. La tecnología también ha mejorado.
Los disdrómetros acústicos , también denominados hidrófonos, pueden detectar las firmas sonoras de cada tamaño de gota cuando la lluvia golpea una superficie de agua dentro del medidor. Dado que cada firma sonora es única, es posible invertir el campo sonoro submarino para estimar la distribución del tamaño de las gotas dentro de la lluvia. Los momentos seleccionados de la distribución del tamaño de las gotas dan como resultado la tasa de lluvia, la acumulación de lluvia y otras propiedades de la lluvia. [21]
