Pluviómetro

Medidor de lluvia de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica

Un pluviómetro (también conocido como udómetro, pluvia metior, pluviómetro, ombrómetro y hietómetro) es un instrumento utilizado por meteorólogos e hidrólogos para recopilar y medir la cantidad de precipitación líquida sobre un área predefinida, durante un período de tiempo. Se utiliza para determinar la profundidad de la precipitación (normalmente en mm) que se produce en una unidad de superficie y, por lo tanto, mide la cantidad de lluvia.

Historia

Los primeros registros de precipitaciones conocidos los mantuvieron los antiguos griegos, alrededor del año 500 a.

Las personas que vivían en la India comenzaron a registrar precipitaciones en el año 400 a. C. Las lecturas se correlacionaron con el crecimiento esperado. En el Arthashastra, utilizado por ejemplo en Magadha, se establecieron normas precisas en cuanto a la producción de cereales. Cada uno de los almacenes estatales estaba equipado con un pluviómetro para clasificar la tierra a efectos fiscales. En 1247, el matemático e inventor chino Song Qin Jiushao inventó los medidores de lluvia y nieve de la cuenca de Tianchi para hacer referencia a las mediciones de lluvia y nevadas, así como a otras formas de datos meteorológicos.

En 1441, el Cheugugi se inventó durante el reinado de Sejong el Grande de la dinastía Joseon de Corea como el primer pluviómetro estandarizado. En 1662, Christopher Wren creó el primer pluviómetro de cubeta basculante en Gran Bretaña en colaboración con Robert Hooke. Hooke también diseñó un indicador manual con un embudo que realizó mediciones a lo largo de 1695.

Fue Richard Towneley quien fue el primero en realizar mediciones sistemáticas de lluvia durante un período de 15 años, desde 1677 hasta 1694, y publicó sus registros en Philosophical Transactions of the Royal Society. Towneley pidió más mediciones en otras partes del país para comparar la lluvia en diferentes regiones, aunque solo William Derham parece haber aceptado el desafío de Towneley. Publicaron conjuntamente las mediciones de lluvia para Towneley Park y Upminster en Essex para los años 1697 a 1704.

El naturalista Gilbert White tomó medidas para determinar la precipitación media desde 1779 hasta 1786, aunque fue su cuñado, Thomas Barker, quien realizó mediciones periódicas y minuciosas durante 59 años, registrando temperatura, viento, presión barométrica, lluvia y nubes. Sus registros meteorológicos son un recurso valioso para el conocimiento del clima británico del siglo XVIII. Pudo demostrar que la precipitación promedio variaba mucho de un año a otro con un patrón poco perceptible.

Cobertura nacional y anchos modernos

Symons en 1900

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 se dedicó a investigar las precipitaciones en las Islas Británicas. Estableció una red voluntaria de observadores, que recopilaron datos que le fueron devueltos para su análisis. Tuvo tanto éxito en este esfuerzo que en 1866 pudo mostrar resultados que dieron una buena representación de la distribución de la lluvia y el número de registradores aumentó gradualmente hasta que el último volumen de British Rainfall que vivió para editar, para 1899, contenía cifras de 3528 estaciones: 2894 en Inglaterra y Gales, 446 en Escocia y 188 en Irlanda. También recopiló viejos registros de lluvia que se remontan a más de cien años. En 1870 produjo un relato de las lluvias en las Islas Británicas a partir de 1725.

Debido al número cada vez mayor de observadores, se hizo necesaria la estandarización de los calibres. Symons comenzó a experimentar con nuevos calibres en su propio jardín. Probó diferentes modelos con variaciones en tamaño, forma y altura. En 1863 comenzó a colaborar con el coronel Michael Foster Ward de Calne, Wiltshire, quien llevó a cabo investigaciones más extensas. Al incluir a Ward y varios otros en Gran Bretaña, las investigaciones continuaron hasta 1890. Los experimentos fueron notables por su planificación, ejecución y extracción de conclusiones. Los resultados de estos experimentos condujeron a la adopción progresiva del conocido calibre estándar, todavía utilizado por la Oficina Meteorológica del Reino Unido hoy en día, a saber, uno hecho de "... cobre, con un embudo de cinco pulgadas que tiene su latón llanta un pie por encima del suelo..."

La mayoría de los pluviómetros modernos generalmente miden la precipitación en milímetros de altura recolectada durante un período determinado, equivalente 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.

La cantidad de pluviómetros se lee manualmente o mediante una estación meteorológica automática (AWS). La frecuencia de las lecturas dependerá de los requisitos de la agencia de cobro. Algunos países complementarán al observador meteorológico pagado con una red de voluntarios para obtener datos de precipitación (y otros tipos de clima) para áreas escasamente pobladas.

En la mayoría de los casos, la precipitación no se retiene, pero algunas estaciones sí envían precipitaciones y nevadas para realizar pruebas, que se realizan para obtener los niveles de contaminantes.

Los pluviómetros tienen sus limitaciones. Intentar recolectar datos de lluvia en un ciclón tropical puede ser casi imposible y poco confiable (incluso si el equipo sobrevive) debido a los vientos extremos. Además, los pluviómetros solo indican la precipitación en un área localizada. Para prácticamente cualquier calibre, las gotas se pegarán a los lados o al embudo del dispositivo colector, de modo que las cantidades se subestiman ligeramente y las de 0,01 pulgadas o 0,25 mm se pueden registrar como un "rastro".

Otro problema que se presenta es cuando la temperatura está cerca o por debajo del punto de congelación. La lluvia puede caer sobre el embudo y el hielo o la nieve pueden acumularse en el medidor, bloqueando la lluvia subsiguiente. Para aliviar esto, un medidor puede estar equipado con un calentador eléctrico automático para mantener sus superficies de recolección de 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 es para evitar que el agua acumulada en los techos de los edificios o las hojas de los árboles gotee en el pluviómetro después de una lluvia, lo que resultará en lecturas inexactas.

Tipos

Un medidor de lluvia autograbado (interior)

Los tipos de pluviómetros incluyen cilindros graduados, medidores de pesaje, medidores de cubeta basculante y colectores de pozo simplemente enterrados. Cada tipo tiene sus ventajas y desventajas al recopilar datos de lluvia.

Estados Unidos pluviómetro estándar

El pluviómetro estándar del Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos, desarrollado a principios del siglo XX, consta de un embudo de 200 mm (8 in) que se vacía en un cilindro graduado de 64,1 mm (2,525 in) de diámetro, que cabe dentro un recipiente más grande de 200 mm (8 pulgadas) de diámetro y 510 mm (20 pulgadas) de alto. Si el agua de lluvia desborda el cilindro interior graduado, 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 desbordamiento en el recipiente grande se vierte cuidadosamente en otro cilindro graduado y se mide para obtener la precipitación total. A veces se utiliza un medidor de cono para evitar fugas que puedan alterar los datos. En lugares que utilizan el sistema métrico, el cilindro suele estar marcado en mm y medirá hasta 250 mm (9,8 pulgadas) de lluvia. Cada línea horizontal del cilindro mide 0,5 mm (0,02 in). En áreas que utilizan unidades imperiales, cada línea horizontal representa 0,01 pulgadas (0,25 mm) pulgadas.

Pluviómetro de intensidades

Pluviómetro de intensidades (1921)

El pluviómetro de intensidades (o pluviómetro de Jardi) es una herramienta que mide la intensidad media de las precipitaciones en un determinado intervalo de tiempo. Inicialmente se diseñó para registrar el régimen pluviométrico en Cataluña pero finalmente se extendió por todo el mundo.

Emplea el principio de la retroalimentación... el agua entrante empuja la boya hacia arriba, haciendo que la "aguja conic" inferior permita pasar la misma cantidad de agua que entra en el contenedor, 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 hoja de cartulina graduada, la cual tiene la hora en las abscisas mientras que el eje y indica la altura de lluvia en mm de lluvia. Esta altura se registra con un bolígrafo que se desplaza verticalmente, impulsado por una boya, marcando en el papel la precipitación pluvial a lo largo del tiempo. Cada hoja de cartón se usa generalmente para un día.

A medida que cae la lluvia, el agua recogida por el embudo cae en el recipiente y levanta la boya que hace subir el brazo del bolígrafo en el eje vertical, marcando así el cartón. Si la precipitación 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 la pluma alcanza el borde superior del papel de registro, significa que la boya está "en lo alto del tanque" dejando la punta de la aguja cónica de forma que destape el orificio de regulación, es decir, el caudal máximo que es capaz de registrar el aparato. Si la lluvia disminuye bruscamente, haciendo que el contenedor (al vaciarse) baje rápidamente la boya, ese movimiento corresponde a una línea de fuerte pendiente que puede llegar al fondo del cartón grabado si deja de llover.

El pluviómetro de intensidades permitió registrar precipitaciones durante muchos años, especialmente en Barcelona (95 años), además de muchos otros lugares del mundo, como Hong Kong.

Pluviómetro de pesaje

Un pluviómetro de tipo pesaje consta de un recipiente de almacenamiento, que se pesa para registrar la masa. Ciertos modelos miden la masa usando un bolígrafo en un tambor giratorio o usando un cable vibratorio conectado a un registrador de datos. Las ventajas de este tipo de pluviómetro sobre los baldes basculantes son que no subestima la lluvia intensa y puede medir otras formas de precipitación, como lluvia, granizo y nieve. Sin embargo, estos medidores son más caros y requieren más mantenimiento que los medidores de cubeta basculante.

El indicador registrador de tipo pesaje 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 sobre los niveles de lluvia ácida. Algunas unidades del Sistema Automatizado de Observación de Superficies (ASOS, por sus siglas en inglés) usan un indicador de pesaje automatizado llamado AWPAG (All Weather Precipitation Accumulation Gauge).

Pluviómetro de cubeta basculante

El exterior de un medidor de lluvia de baldosas

El interior de un medidor de lluvia de baldosas

El pluviómetro de cubeta basculante consta de 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, descargando el agua recolectada y enviando una señal eléctrica. Un dispositivo de grabación 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 lápiz se mueve hacia arriba o hacia abajo dejando un rastro en el gráfico y al mismo tiempo haciendo un fuerte 'clic'.

El pluviómetro de cubeta basculante no es tan preciso como el pluviómetro estándar, porque la lluvia puede detenerse antes de que se incline la palanca. Cuando comience el próximo período de lluvia, es posible que no se necesiten más de una o dos gotas para inclinar la palanca. Esto indicaría entonces que la cantidad preestablecida ha caído cuando solo una fracción de esa cantidad realmente ha caído. Los baldes basculantes también tienden a subestimar la cantidad de lluvia, particularmente en eventos de nevadas y lluvias intensas. La ventaja del pluviómetro de cubeta basculante es que se puede obtener fácilmente el tipo de lluvia (ligera, media o intensa). El carácter de la lluvia se decide por la cantidad total de lluvia que ha caído en un período determinado (generalmente 1 hora) y al contar el número de pulsos en un período de 10 minutos, el observador puede decidir el carácter de la lluvia. Se pueden aplicar algoritmos a los datos como un método para corregir los datos de lluvia de alta intensidad.

Tipping cubo impermeable

Cierre de un mapa de registro de calibradores de agua de baldosas

Los pluviómetros basculantes modernos consisten en un colector de plástico equilibrado sobre un pivote. Cuando se inclina, activa un interruptor (como un interruptor de lengüeta) que luego se registra electrónicamente o se transmite a una estación de recolección remota.

Los medidores de volteo también pueden incorporar elementos de medidores de pesaje en los que se fija un medidor de tensión al cubo de recolección para que se pueda leer la precipitación exacta en cualquier momento. Cada vez que el colector se inclina, el medidor de tensión (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 atrapados en su embudo. Sin un mecanismo de calentamiento, el embudo a menudo se obstruye 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, por sus siglas en inglés) utilizan cubetas basculantes calentadas para medir la precipitación.

Pluviómetro óptico

Este tipo de indicador tiene una fila de embudos de recolección. En un espacio cerrado debajo de cada uno hay un diodo láser y un detector de fototransistores. Cuando se recolecta suficiente agua para hacer una sola gota, cae desde el fondo, cayendo en la trayectoria del rayo láser. El sensor se coloca en ángulo recto con respecto al láser para que se disperse suficiente luz como para ser detectada como un destello repentino de luces. Los destellos de estos fotodetectores luego se leen y transmiten o graban. Se han utilizado diferentes tipos de medidores de rango óptico a lo largo de las décadas. La tecnología también ha mejorado.

Pluviómetro acústico

Los disdrómetros acústicos, también conocidos como hidrófonos, pueden detectar las firmas de sonido para cada tamaño de gota cuando la lluvia golpea una superficie de agua dentro del medidor. Dado que cada firma de sonido es única, es posible invertir el campo de sonido bajo el agua para estimar la distribución del tamaño de las gotas dentro de la lluvia. Los momentos seleccionados de la distribución del tamaño de las gotas producen la tasa de lluvia, la acumulación de lluvia y otras propiedades de la lluvia.