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Est-ce que quelque chose tombe du ciel?

Il y a quelques années, j'ai déjà brièvement écrit sur le développement de l'un des instituts du centre scientifique de Tomsk. Bien sûr, le développement d'appareils (notamment la surveillance environnementale) n'est pas toujours possible en mode de démarrage «rapide», mais il y a un certain nombre d'explications à cela, qui souvent ne dépendent pas des développeurs. Je propose d'analyser la situation et de me familiariser avec le développement d'instruments intéressants pour une sphère aussi conservatrice que la météorologie. Cet article traitera du compteur optique de précipitations, qui, en fin de compte, devrait déjà en quelque sorte remplacer le dispositif météorologique utilisé à ces fins - un seau. Oui, oui, mes amis, c'est un seau. Le seau du Tretyakov est un pluviomètre régulier utilisé par Roshydromet depuis des décennies. D'un autre côté, quoi de plus fiable que les godets? Probablement, seulement un bassin ... C'est le conservatisme exceptionnel de la sphère météorologique. De nouveaux instruments de mesure ne devraient pas violer la série d’observations météorologiques à long terme, et afin de remplacer le seau de Tretyakov par de nouveaux instruments d’enregistrement des précipitations, des mesures comparatives à long terme sont nécessaires. Le premier quart du 21e siècle suffira-t-il pour cela? Je propose d'en discuter sous la coupe!

Un peu plus sur le seau Tretyakov


Ne pensez pas que mon sarcasme au début de l'article vise en quelque sorte à dénigrer les méthodes et instruments existants utilisés pour les mesures météorologiques. Non. À une époque, ces appareils et techniques étaient très avancés. Le fait est que la situation évolue, de nombreuses technologies intéressantes permettent de résoudre les problèmes de la météorologie à un niveau fondamentalement nouveau et, surtout, de réduire le facteur humain. Après tout, le météorologue effectue des travaux sur la suppression des données météorologiques aux postes clés des observations météorologiques. Ces gens sont extrêmement responsables, mais ce sont des gens. Bien sûr, il existe des stations automatiques d'observation météorologique, mais selon les règles, elles sont desservies par des personnes avec une certaine fréquence.


Retour au seau Tretyakov. Il s'agit d'un réservoir en métal avec des coupe-vent, tels des pétales qui amortissent l'effet du vent lorsqu'il pleut. Voici à quoi ressemble l'appareil complet.


Le seau du Tretyakov est réglé à une certaine hauteur et, malheureusement, son entretien ne se fait pas sans météorologue. Le spécialiste mesure la quantité de pluie manuellement à l'aide d'une échelle ou d'une règle. Après les mesures, il est nécessaire de vidanger l'eau du seau. Bien entendu, l'instrument n'est pas particulièrement adapté à la détermination des précipitations solides.


Soit dit en passant, la blessure la plus courante dans une station météo est la chute de personnes dans les escaliers, car de nombreux appareils sont installés à une hauteur de 2 mètres. Imaginez-vous sauter toutes les trois heures sur des escaliers métalliques humides ou glacés? Pieds, mains attention!

Pluviomètres optiques


Bien sûr, dans la plupart des pays, les méthodes médiévales d'enregistrement des précipitations telles que l'utilisation d'un seau n'ont pas été utilisées depuis longtemps. La plupart des compteurs de précipitations optiques sont utilisés. Ici, par exemple, des appareils de ce type sont utilisés en Allemagne et aux États-Unis. Comme il est désormais d'usage de le dire, «parmi nos partenaires».


En effet, pour une telle tâche, l'utilisation la plus raisonnable de l'enregistrement du signal optique. Haute précision, aucun soin particulier n'est nécessaire, les appareils sont protégés du gel, il n'y a pas de facteur humain. Les développeurs de l'instrument optique russe pour la détection des précipitations, le pluviomètre OPTIOS (OPTIC Osmodic Measuring Instrument), ont également emprunté le même chemin.



Comment fonctionnent ces appareils? La base des mesures est l'analyse continue des images d'ombre des gouttelettes sur un récepteur optique lorsque les gouttelettes de pluie traversent le site de mesure.


Mais les gouttes ne sont pas uniques? Oui, il y a beaucoup de gouttes, mais pour cela, des algorithmes de traitement d'images en streaming sont utilisés, et des matrices spéciales à vitesse étendue sont utilisées comme détecteur de rayonnement optique. Cela permet non seulement de déterminer la quantité intégrale (totale) de précipitations, mais aussi de déterminer le type de précipitations (pluie, neige, grêle), le taux de chute des gouttelettes et la structure des précipitations. Cela fournit des données intéressantes supplémentaires, qui, en particulier, peuvent être utilisées pour la recherche scientifique. Ainsi, par exemple, la répartition des gouttes de pluie par taille semble et, ce qui est le plus remarquable, il est possible d'enregistrer des chutes de neige, ce qui est déjà difficile dans le cas du godet Tretyakov.


Au fait, les gouttes ne sont pas du tout sphériques. Ils sont quelque peu allongés et presque tout à la surface de la Terre est divisé en plus petits, bien qu'en hauteur, bien sûr, les gouttelettes soient plus grosses. L'expansion des gouttelettes est due au fait qu'en volant à la surface de la Terre, elles gagnent une vitesse décente et même la plus grosse goutte à une certaine vitesse se disperse inévitablement en petites. Le taux de chute peut également être estimé.


La plupart des gouttes osent à une vitesse ne dépassant pas 9 m / s et les flocons de neige volent à une vitesse maximale ne dépassant pas 1-2 m / s. Une autre chose est la grêle. Il s'agit d'une tâche plus sérieuse, à laquelle le compteur optique de précipitations fait également face. Bien sûr, nous parlons de grêle de faible intensité. Par exemple, une telle grêle ne vaut pas la peine d'être mesurée. Mieux vaut simplement économiser!


Mais c'est une rareté. Pour la plupart, la grêle est beaucoup plus petite. Dans 95% des cas, les gradients ne dépassent pas 5 mm, mais leur vitesse est plus élevée et peut atteindre jusqu'à 50 m / s. Voici à quoi ressemblent les images d'ombre des grêlons provenant du récepteur de l'image optique du pluviomètre.


En général, l'analyse des images d'ombres est très excitante. En effet, les formes et les types de chutes de neige sont surprenants.


Ce ne sont là que des opportunités supplémentaires fournies par les chercheurs. Les compteurs de précipitations optiques résolvent de manière fiable le problème principal. Mesurer automatiquement la quantité, le type et la structure des précipitations, transmettre des données pour analyse et peut fonctionner même dans les conditions les plus sévères. On ne peut qu'espérer qu'ils viendront remplacer les anciens appareils, mais jusqu'à présent, seul le processus de tests comparatifs est en cours, ce qui peut prendre très longtemps. Voici comment ça se passe.


Les instruments devraient rester à proximité pendant plusieurs mois et seules des expériences comparatives peuvent donner la chance à un nouvel appareil d'apparaître dans l'arsenal des météorologues. En général, en fait, c'est une situation absurde. Les mesures optiques sont plus précises, la nouvelle conception des pluviomètres fonctionne mieux avec la neige et détermine également la structure des précipitations. Bien sûr, sous la pluie, la convergence des résultats peut probablement être atteinte, mais qu'en est-il des erreurs de mesure? L'influence humaine? L'évaporation de l'eau? Ces questions et d'autres restent ouvertes ...

En général, l'enregistrement des précipitations est l'une des tâches les plus importantes de la météorologie, car le temps est déterminé, en particulier, par le soi-disant réservoir d'eau mondial. Ou tout simplement - le cycle de l'eau dans la nature. Par conséquent, le développement d'instruments pour enregistrer les précipitations est une tâche technique importante.

En général, la météorologie est un domaine extrêmement conservateur. Probablement, il a ses propres explications, mais d'un autre côté, il est difficile d'expliquer les traditions. Jusqu'à présent, il est nécessaire de mesurer la température dans une station météo avec thermomètres selon GOST 1968 (GOST 13646-68). Je me demande ce qu'est un tel besoin? Les thermomètres à mercure sont également utilisés pour mesurer la température du sol et de l'eau dans les plans d'eau conformément aux exigences de GOST 112-78 de 1978. Combien de thermomètres au mercure sont cassés dans le sol ou noyés dans les rivières et les lacs? C'est peut-être l'essence sous-jacente, mais je ne la comprends pas. Si quelqu'un peut expliquer, veuillez laisser un commentaire. Et, bien sûr, tous ont du beau temps et bonne journée!

Source: https://habr.com/ru/post/fr398823/

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