Pluviómetro

El meteorólogo George James Symons publicó el primer volumen anual de "Precipitaciones Británicas" en 1860. Esta obra pionera 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. Creó una red voluntaria de observadores que recogían datos para su análisis. Su éxito fue tal que, en 1866, pudo mostrar resultados que representaban fielmente la distribución de las precipitaciones, y el número de registradores aumentó gradualmente hasta que el último volumen de "Precipitaciones Británicas", que editó en vida (1899), contenía datos de 3528 estaciones  : 2894 en Inglaterra y Gales , 446 en Escocia y 188 en Irlanda . También recopiló antiguos registros de precipitaciones de más de cien años. En 1870, elaboró ​​un informe sobre las precipitaciones en las Islas Británicas desde 1725.

Debido al número cada vez mayor de observadores, se hizo necesaria la estandarización de los pluviómetros. Symons comenzó a experimentar con nuevos pluviómetros en su propio jardín. Probó diferentes modelos con variaciones en tamaño, forma y altura. En 1863, inició una colaboración con Michael Foster Ward ^{[ 14 ]} de Calne , Wiltshire , quien llevó a cabo investigaciones más exhaustivas. Con la participación de Ward y otros investigadores de toda Gran Bretaña, las investigaciones continuaron hasta 1890. Los experimentos destacaron por su planificación, ejecución y conclusiones. Los resultados de estos experimentos condujeron a la adopción progresiva del conocido pluviómetro estándar, que aún utiliza la Oficina Meteorológica del Reino Unido , a saber, uno hecho de «...  cobre, con un embudo de cinco pulgadas cuyo borde de latón se encuentra a un pie del suelo  ...» ^{[ 15 ].}

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 pulgadas. ^{[ 16 ]}

Los datos de los pluviómetros se leen manualmente o mediante estaciones meteorológicas automáticas (AWS). La frecuencia de las lecturas dependerá de los requisitos de la agencia encargada de la recopilación de datos. Algunos países complementan el trabajo de los observadores meteorológicos remunerados con una red de voluntarios para obtener datos de precipitación (y otros datos meteorológicos) en zonas poco pobladas.

En la mayoría de los casos, la precipitación no se retiene, pero algunas estaciones sí envían muestras de lluvia y nieve para su análisis, lo cual se hace para obtener los niveles de contaminantes.

Los pluviómetros tienen sus limitaciones. Intentar recopilar datos de lluvia durante un ciclón tropical puede ser casi imposible y poco fiable (incluso si el equipo sobrevive) debido a los vientos extremos. Además, los pluviómetros solo indican la precipitación en un área localizada. En prácticamente cualquier pluviómetro, las gotas se adhieren a los lados o al embudo del dispositivo de recolección, por lo que las cantidades se subestiman ligeramente, y las de 0,01  pulgadas o 0,25  mm pueden registrarse como una " traza ".

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 pluviómetro, impidiendo que caiga la lluvia posterior. Para mitigar esto, el pluviómetro puede equiparse con un calentador eléctrico automático para mantener las superficies de captación de humedad y el sensor ligeramente por encima del punto de congelación.

Los pluviómetros deben colocarse en un área abierta, sin edificios, árboles ni otros obstáculos que impidan la entrada de la lluvia. Esto también evita que el agua acumulada en los tejados o las hojas de los árboles gotee sobre el pluviómetro después de la lluvia, lo que podría provocar lecturas inexactas. Los pluviómetros ayudan a comprender la cantidad de precipitación caída en un período de tiempo determinado.

El pluviómetro estándar del Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos, desarrollado a principios del siglo XX, consta de un embudo de 8 pulgadas (200 mm) que desemboca en un cilindro graduado de metal, ^{[ 17 ]} de 2,525 pulgadas (64,1 mm) de diámetro, que se encuentra dentro de un recipiente más grande de 8 pulgadas (200 mm) de diámetro y 20 pulgadas (510 mm) de altura. Si el agua de lluvia desborda el cilindro interior graduado, el recipiente exterior más grande la recogerá. Al tomar las mediciones, se mide la altura del agua en el cilindro graduado pequeño y el exceso de agua que rebosa en el recipiente grande se vierte cuidadosamente en otro cilindro graduado y se mide para obtener la precipitación total. ^{[ 18 ]} 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 puede medir hasta 250 mm (9,8 pulgadas) de precipitación.          

Cada línea horizontal en el cilindro mide 0,5 mm (0,02 pulg.) . En los diseños realizados para áreas que utilizan unidades imperiales, cada línea horizontal representa 0,01 pulg. (0,25 mm) pulgadas.    

El pluviómetro de intensidades (o pluviómetro de Jardi) es un instrumento que mide la intensidad media de la lluvia en un intervalo de tiempo determinado. Inicialmente se diseñó para registrar el régimen de lluvias en Cataluña, pero con el tiempo se extendió por todo el mundo. ^{[ 19 ]}

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 rota a velocidad constante . Este tambor arrastra una lámina de cartón graduada, en la que el eje de abscisas representa el tiempo, mientras que el eje Y indica la altura de la precipitación en milímetros . 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 se utiliza normalmente durante un día.

A medida que llueve, el agua recogida por el embudo cae en el depósito y eleva la boya, lo que hace que el brazo de la pluma se eleve en el eje vertical, marcando así el cartón. Si la lluvia no varía, el nivel del agua en el depósito permanece constante y, mientras el tambor gira, la marca de la pluma es más o menos una línea horizontal, proporcional a la cantidad de agua caída. Cuando la pluma alcanza el borde superior del papel de registro, significa que la boya está "en la parte alta del depósito", dejando la punta de la aguja cónica al descubierto, es decir , el caudal máximo que el aparato puede registrar. Si la lluvia disminuye repentinamente, haciendo que el depósito (al vaciarse) baje rápidamente la boya, ese movimiento corresponde a una línea de pendiente pronunciada que puede llegar al fondo del cartón registrado si deja de llover.

El pluviómetro de intensidades permitió registrar las precipitaciones durante muchos años, especialmente en Barcelona (95 años), además de muchos otros lugares del mundo, como Hong Kong. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

Un pluviómetro de pesaje consta de un depósito que se pesa para registrar su masa. Algunos modelos miden la masa mediante un bolígrafo sobre un tambor giratorio o mediante un cable vibrante conectado a un registrador de datos . ^{[ 9 ]} Las ventajas de este tipo de pluviómetro sobre los de cubeta basculante son que no subestima la lluvia intensa y puede medir otras formas de precipitación, como lluvia, granizo y nieve. Sin embargo, estos pluviómetros son más caros y requieren más mantenimiento que los de cubeta basculante.

El medidor de pesaje también puede contener un dispositivo para medir la cantidad de sustancias químicas presentes en la atmósfera del lugar. Esto resulta sumamente útil para los científicos que estudian los efectos de los gases de efecto invernadero liberados a la atmósfera y su impacto en los niveles de lluvia ácida . Algunas unidades del Sistema Automatizado de Observación de Superficie (ASOS) utilizan un medidor de pesaje automatizado llamado AWPAG (Medidor de Acumulación de Precipitación para Todo Tiempo).

El pluviómetro de cubeta basculante consta de un embudo que recoge y canaliza la precipitación hacia un pequeño recipiente con forma de balancín . Tras alcanzar una cantidad preestablecida de precipitación, la palanca se inclina, vaciando el agua recogida y enviando una señal eléctrica. Un dispositivo de registro antiguo puede consistir en un bolígrafo montado sobre un brazo unido a una rueda dentada que gira una vez con cada señal enviada por el pluviómetro. En este diseño, a medida que la rueda gira, el brazo del bolígrafo se mueve hacia arriba o hacia abajo, dejando una marca en el gráfico y produciendo simultáneamente un fuerte "clic".

El pluviómetro de cubeta basculante no es tan preciso como el pluviómetro estándar, ya que la lluvia puede detenerse antes de que la palanca se incline. Cuando comienza el siguiente período de lluvia, pueden ser necesarias solo una o dos gotas para que la palanca se incline. Esto indicaría entonces que ha caído una cantidad preestablecida cuando en realidad solo ha caído una fracción de esa cantidad. Las cubetas basculantes también tienden a subestimar la cantidad de lluvia, particularmente en nevadas y eventos de lluvia intensa. ^{[ 21 ] [ 22 ]} La ventaja del pluviómetro de cubeta basculante es que se puede obtener fácilmente el tipo de lluvia (ligera, media o intensa). El tipo de lluvia se determina por la cantidad total de lluvia que ha caído en un período establecido (generalmente 1 hora) contando el número de pulsos durante ese período. Se pueden aplicar algoritmos a los datos como método para corregir los datos de lluvia de alta intensidad.

Los pluviómetros basculantes modernos constan de un colector de plástico equilibrado sobre un pivote. Al inclinarse, acciona un interruptor (como un interruptor de láminas ) que registra o transmite electrónicamente la lectura a una estación de recolección remota.

Los pluviómetros basculantes también pueden incorporar elementos de básculas, en las que se fija un sensor de deformación al cubo de recogida para poder medir la precipitación exacta en cualquier momento. Cada vez que el colector se inclina, el sensor de deformación (sensor de peso) se vuelve a calibrar para compensar cualquier desviación.

Para medir el equivalente en agua de la precipitación congelada, se puede calentar un cubo basculante para derretir el hielo y la nieve que se acumulan en su embudo. Sin un mecanismo de calentamiento, el embudo suele obstruirse durante un evento de precipitación congelada, por lo que no se puede medir la precipitación. Muchas unidades del Sistema Automatizado de Observación de Superficie (ASOS) utilizan cubos basculantes calentados para medir la precipitación. ^{[ 23 ]}

Este tipo de medidor cuenta con una hilera de embudos de recolección. En un espacio cerrado debajo de cada uno se encuentran un diodo láser y un detector fototransistor . Cuando se recoge suficiente agua para formar una gota, esta cae desde el fondo, incidiendo en la trayectoria del rayo láser. El sensor está colocado perpendicularmente al láser para que la luz se disperse lo suficiente como para ser detectada como un destello repentino. 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 ópticos. La tecnología también ha mejorado.

Los disdrómetros acústicos , también conocidos como hidrófonos, son capaces de detectar las firmas sonoras de cada tamaño de gota cuando la lluvia impacta la superficie del agua dentro del medidor. Dado que cada firma sonora es única, es posible invertir el campo sonoro subacuático para estimar la distribución del tamaño de las gotas en la lluvia. Momentos específicos de la distribución del tamaño de las gotas permiten obtener la tasa de precipitación, la acumulación de lluvia y otras propiedades de la lluvia. ^{[ 24 ]}