Lietusmērītājs: definīcija, darbība, veidi un pielietojums
Lietus mērītājs ir instruments, ko izmanto meteorologi un hidrologi, lai noteiktu nokrišņu (piemēram, lietus, sniega, krusas vai graupelīšu) daudzumu noteiktā laika periodā. Nokrišņu daudzumu parasti izsaka milimetros: viens milimetrs par nokritušo ūdens kolonnas dziļumu uz horizonta laukuma ir ekvivalents vienam litrā ūdens uz kvadrātmetru (1 mm = 1 L/m²). Lietus mērītāja uzdevums ir kvantitatīvi noteikt nokrišņu dziļumu vai tilpumu, kas nokrītas noteiktā laukumā.
Kā darbojas lietus mērītājs
Vienkāršākie manuālie lietus mērītāji sastāv no konusa vai piltuves, kas novada ūdeni uz graduētu cilindru vai pudeli. Parasti standarta izmēru vara vai poliestera konusveida piltuve nosaka kolektora laukumu, ļaujot lietus ūdenim uzkrāties traukā un pēc tam izmērīt ūdens dziļumu graduācijā. Piltuves mala tiek novietota aptuveni 30 cm virs zemes, lai samazinātu splash un augsnes ietekmi. Daži mērījumi tiek nolasīti tieši, bet citos gadījumos nepieciešams aprēķins, ņemot vērā piltuves un mērcilindra laukuma attiecību.
Galvenie lietus mērītāju veidi
- Graduētais manuālais mērītājs (cilindrs) — vienkāršs trauks ar piltuvi, kurā ūdens līmeni nolasa ar mērlīniju.
- Nolieces (tipping bucket) mērītājs — automātisks ierīces veids ar diviem šūpoles tipa spaiņiem: kad vienā spainī sakrājas noteikts ūdens daudzums (piem., 0,2 vai 0,5 mm), spainis apgāžas un nosaka notikumu elektroniski, ļaujot reģistrēt gan kopējo daudzumu, gan intensitāti.
- Svara (weighing) pluviometrs — mēra kopējo savākto ūdens svaru/tilpumu laika gaitā, nodrošinot precīzāku mērījumu īpaši intensīvos nokrišņos vai sniegā.
- Autogrāfiskie (pluviograph) ierakstītāji — izmanto pludiņus, sifonus vai mehānismus, kas zīmē reģistrācijas diagrammu uz papīra ritināma cilindra, parasti darbojoties ar pulksteņa mehānismu.
- Optiskie un elektroniiskie disdrometri — mēra nokrišņu daļiņu sadalījumu pēc izmēra un ātruma, sniedzot informāciju par kritušu krusa, lietus un graupelīšu raksturu.
- Radar‑un satelītu novērojumi — ģeostacionārie un meteoroloģiskie radari prognozē un kartē nokrišņu izplatību plašos apgabalos; tie nedod punktveida mērījumus, bet papildina zemes mērījumus.
Autogrāfiskā un nolieces mērītāja darbība
Autogrāfiskā lietus mērītāja reģistrācijas diagramma parasti ir piestiprināta uz cilindriskas papīra lentes, ko vada pulksteņa mehānisms un kas griežas noteiktā intervālā (piem., reizi dienā). Apgāžamā sifona konstrukcijā lietus ūdens kolektorā paceļ pludiņu, un pie pludiņa piestiprināta marķēšanas pildspalva atstāj nepārtrauktu ierakstu. Noliecamā spaiņa mērītāja divi spaiņi balstās uz šarnīra — kad viens spainis piepildās līdz noteiktam daudzumam, tas apgāžas, iztukšo kolektoru un pa elektrisko slēdzi nosūta signālu par notikumu, kas ierakstās autogrāfā. Šāds princips nodrošina labu laika izšķirtspēju un lietus intensitātes izsekošanu.
Uzstādīšana, izvietojums un uzturēšana
- Lietus mērītājam jābūt novietotam atklātā, reprezentatīvā vietā, cik vien iespējams brīvā no ēkām, kokiem un citām šķēršļu ietekmēm, kas var izraisīt nokrišņu samazinājumu vai turbulenci. WMO rekomendācijas parasti iesaka brīvu sektoru ar attālumu vismaz 4 reizes lielāku nekā tuvākā šķēršļa augstums.
- Piltuves malas augstums virs virsmas parasti ir aptuveni 30 cm, tomēr vietējos apstākļos var būt ieteikumi citādi.
- Jāvēro aizsardzība pret vēju (vējstikls vai aizsargžogs), jo spēcīgs vējš var izraisīt nenoteiktu mērinstrumenta undercatch (zemākas vērtības), īpaši sniega un smalku lietus gadījumā.
- Regulāra tīrīšana no lapām, putekļiem, ledus un insektiem ir būtiska; jānosūta arī periodiska kalibrācija un mehānismu pārbaude, lai nodrošinātu precizitāti.
Mezlingi, kļūdu avoti un precizitāte
Tipiskie mērījumu kļūdu avoti ir:
- vējš (mazina nokļūstošo daudzumu),
- izsmidzināšana un splash no zemes,
- iztvaikošana pirms nolēsmes nolasīšanas,
- blockādes piltuves vai caurules,
- nepareiza uzstādīšana (nelīdzsvarota, slīpa),
- snigšana/salbšana, kad ūdens sasalst kolektorā un traucē pareizu mērījumu.
Lai samazinātu kļūdas, tiek izmantotas vējplēves, apkures elementi aukstos apstākļos un saldējumizturīgas konstrukcijas. Sarežģītākos pētījumos lieto vairākus mērītājus dažādās pozīcijās un kombināciju ar radara datiem.
Aprēķini un vienkārši piemēri
Ja izmanto piltuvi ar kolektora laukumu A_f (m²) un ievāktā ūdens tilpuma traukā H (m), kopējais nokrišņu dziļums D (m) laukā tiek aprēķināts kā D = (H * V_trauka) / A_f, taču parasti vienkāršāk aprēķināt pēc attiecības starp piltuves laukumu un mērcilindra laukumu. Bieži lietotā vienkāršā vienība ir milimetri (mm): 1 mm = 1 L/m².
Vēsture
Dažās avotu tradīcijās par lietus mērītāja ieviešanu plašākā izpratnē tiek minēts Karalis Sedžongs Lielais, kurš Korejā 15. gadsimtā izstrādāja un ieviesa cheugugi — agrīnu lietus mērīšanas ierīci. No tās laika ideja par nokrišņu kvantitatīvu novērtēšanu paplašinājās un attīstījās līdz mūsdienu instrumentiem.
Pielietojums
Lietus mērītāji ir būtiski daudzās nozarēs:
- meteoroloģija un klimatoloģija — laika apstākļu un ilgtermiņa nokrišņu analīzei,
- hidroloģija un ūdens resursu plānošana — upju režīma un plūdu risku novērtēšanai,
- lauksaimniecība — laistīšanas plānošanai un saimniekošanas riska izvērtēšanai,
- pilsētu drenāžas un kanalizācijas projektēšana — notekūdeņu plūsmu un kapacitātes aprēķiniem,
- klimatiskie pētījumi un reģionālie novērojumu tīkli.
Priekšrocības un trūkumi
- Priekšrocības: relatīvi vienkārša ierīkošana, tieši punktveida mērījumi, automātiskas sistēmas nodrošina labu laika izšķirtspēju un iespēju reāllaika datu reģistrācijai.
- Trūkumi: jutība pret vēju un izvietojumu, iespējams zemāks precizitātes līmenis no nejaušiem šķēršļiem vai netīrumiem, nepieciešama regulāra uzturēšana un kalibrācija.
Lietus mērītāja izvēle atkarīga no mērījumu mērķa — lauka stacijai pietiek ar manuālu cilindru, bet pētījumiem un operatīvai meteoroloģijai parasti nepieciešami automātiski un kalibrēti sensoru tīkli, kas papildināti ar radar‑datu analīzi. Pareiza uzstādīšana un regulāra apkope būtiski uzlabo mērījumu kvalitāti un ticamību.
Standarta lietus mērītājs
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir lietus mērītājs?
A: Lietus mērītājs ir instruments, ko izmanto meteorologi un hidrologi, lai mērītu šķidro nokrišņu (lietus) daudzumu noteiktā laika posmā. To parasti mēra milimetros un collās.
J: Kā darbojas lietus mērītājs?
A: Standarta izmēra konusveida piltuve no dzīvsudraba vai poliestera ļauj lietus ūdenim uzkrāties noslēgtā pudelē vai cilindrā, lai pēc tam veiktu mērījumus. Mērītāju uzstāda atklātā zemē, piltuves malu novietojot līdz 30 cm virs zemes virsmas. Daži mērinstrumenti ir kalibrēti tā, lai nokrišņu daudzumu varētu nolasīt tieši; citos mērinstrumenti ir jāaprēķina pēc ūdens dziļuma traukā un piltuves izmēriem. Otrs lietus mērītāju veids ir autogrāfiskais mērītājs, kas var būt gan nolokāms, gan nolokāms. Autogrāfiskā lietus mērītāja reģistrācijas diagramma ir uzstādīta uz cilindra, ko darbina pulksteņa mehānisms, un parasti tā rotē ap vertikālo asi reizi dienā. Atgāzējama sifona lietus mērinstrumenta gadījumā lietus ūdens kolektorā izspiež pludiņu tā, ka pie pludiņa piestiprinātā marķēšanas pildspalva uz papīra uzraksta nepārtrauktu nospiedumu. Divi apgāžamā lietus mērītāja spaiņi balstās uz šarnīra tā, ka tad, kad viens spaiņa spainis ir saņēmis 0,2 (vai 0,5 mm) nokrišņu, tas gravitācijas spēka ietekmē apgāžas, iztukšojas un ļauj otram spainim sākt savākt nokrišņu daudzumu, elektriskais slēdzis aizveras un blakus esošais autogrāfiskais reģistrators reģistrē katru "apgāšanos", tādējādi nodrošinot diezgan nepārtrauktu nokrišņu un sarežģītākas formas nokrišņu intensitātes reģistrāciju.
J: Kas ieviesa lietus mērītāju?
A: Karalis Sedzjongs Lielais bija atbildīgs par lietus mērītāju ieviešanu pasaulē.
J: Kādas ir priekšrocības/trūkumi, kas saistīti ar šī instrumenta izmantošanu?
A: Priekšrocības ir tā spēja precīzi izmērīt šķidro nokrišņu daudzumu laika gaitā, kā arī tā pārnēsājamība, kas atvieglo meteorologiem un hidrologiem veikt mērījumus dažādās vietās ātri un efektīvi, nepārvietojot lielu aprīkojumu pa vairākām vietām, kā tas būtu bijis arī agrāk. Trūkumi ietver grūtības izvēlēties piemērotas vietas, jo daudzi nokrišņu gadījumi ir ļoti kopīgi, kas dažkārt apgrūtina vai pat padara neiespējamus precīzus nolasījumus.
