AULA 4
Disciplina INSTRUMENTOS METEOROLÓGICOS E MÉTODOS DE OBSERVAÇÃO
ACA 221 Graduação
Departamento de Ciências Atmosféricas / Iag / USP
Responsável: Prof. Humberto Ribeiro da Rocha
Material apresentado exclusivamente aos alunos da disciplina, com conteúdo referenciado
da literatura e disponível na www – NÃO CIRCULAR
Precipitação
PLUVIOMETRIA
•
Latin: Pluvia=chuva,
mede a quantidade de precipitação.
(pluviosidade = aspecto qualitativa da precipitação)
•
Precipitação: produtos de condensação da água, líquidos ou sólidos, que caem das nuvens
na superfície, o que inclui a chuva, neve e granizo.
•
Quantidade de precipitação : medida com os pluviômetros, expressas como uma altura
de água sobre 1 m2 de área
•
Unidades: é um fluxo de massa (kg de água por unidade de área = kg m-2) ou a altura
vertical de água equivalente (expressa em mm ou outra unidade de comprimento)
1 mm de água = 1 kg m-2 , ou altura de 1 mm de água em 1 m2 de área horizontal
(similar à altura da lâmina d’água preenchendo a área de 1 m2 sem nenhuma perda em
qualquer direção)
1 cm de precipitação = 10 mm de precipitação
1 polegada de precipitação = 2,54 cm = 25, 4 mm de precipitação
neve: altura de neve recem-caída sobre 1 m2
conversão em mm de água (5 a 20% neve fresca, 30 a 60% neve velha)
Obs: não se estima orvalho (condensação do ar úmido por contato com superfície fria)
por meio de pluviômetro, embora seja possível que o orvalho contribua com a água
coletada no pluviômetro.
• Duração: intervalo de tempo do início até o fim do evento de precipitação, em horas,
minutos.
recomenda-se expressar a resolução da quantidade de precipitação:
Chuva horária ou diária : de 0,1 ou 0,2 mm
Chuva decendial, mensal ou anual: de 1 mm
• Intensidade da precipitação: razão da quantidade de precipitação sobre a duração
do evento da chuva
em mm/h, mm/min
(mm h-1)
São Luiz do Paraitinga,SP
(mmd-1)
(mm dia-1)
Chuva diária
Chuva horária
30/01 a 03/02/2008
Chuva mensal (climatológica e de um ano
especifico)
• Histórico
• 3000 AC Babilônia (caldeus) observações chuva,nuvens, ventos
• 400 AC registros na Índia (avaliar impostos)
• cc 1690 pluviômetro c/ funil Robert Hooke (Inglaterra)
Invenção da báscula (Cristopher Wren e Robert Hooke (Inglaterra)
Pluviômetro padrão do
United States Weather Bureau
Cilindro 50 cm altura
com funil diâmetro 20 cm
Coleta de água
tubo com 1/10 da área de captação
(p/ amplificar a coleta)
Capacidade: 50 mm de precipitação
50 cm
20 cm
Tipos de pluviômetros
(A,B) coleta de volume manual
(C) medida de massa: inclui neve e granizo
(D) acústico: pressão da gota sobre uma superfície
(E) Báscula automática
Pluviômetros convencionais: coleta manual do volume com medida em proveta
graduada
Modelo Hellmann
Modelo Ville de Paris
Diâmetro do bocal: 225,7 mm
Capacidade : até 200 mm
Diâmetro do bocal: 159,6 mm
Capacidade : até 200 mm.
Pluviógrafo (com registro em papel)
Tambor de rotação com papel
Pena ligada na bóia
Cilindro de coleta de água
bóia sobe com a água, pena registra
tambor de rotação com papel
Tubo sifão
esvazia o cilindro cheio para o coletor inferior
pena volta ao zero
Coletor inferior
Pluviômetro de báscula
(tipping bucket rain gauge)
Componentes
Funil, corpo e base
Mecanismo de báscula dual
automático: saída p/ registro
de pulso elétrico
Eliminação da água
Pluviômetro de báscula
Intervalo : 0 a 50º C
(há pluviômetro com aquecedor, para neve)
Acurácia: +1% sob intensidade 2 mm / hora
Sensibilidade:
(1 báscula) 0.1 mm a 0.5 mm
Fontes de erros
pode subestimar chuva intensa - báscula continua a encher ainda durante o esvaziamento
chuva de baixa intensidade Efeito do vento :
total acumulado :
evaporação no funil
re-evaporação, erro de ~5% com vento > 5 m/s
entupimento (folhas, detritos ...)
Caso de subestimativa da chuva intesa: chuva
medida em função do valor de referência
1. escolha preferencialmente uma área aberta, longe de
obstáculos (edificações, árvores)
a) montar em um mastro, com o topo do pluviômetro acima
do poste e com 1,5 m de altura
b) fixe o mastro dentro do cercado meteorológico (distante
~3 m da cerca)
c) nivele horizontalmente o topo do pluviômetro
2. se na área houver algum obstáculo (caso muito comum), a
distância dos obstáculos (d) de altura h será
- recomendada de segurança : d > 10 h e d > 150 m
- mínima restritiva : d > 2 h
3. se única opção for topo edificação (altura H),
a altura de instalação A > 1,5 H,
se diagonal da area do topo edificação W < H
A > 1,5 W
1, 5 m
Critérios de instalação do pluviômetro
(extensivo para estação automática)
Problemas comuns e erros nos pluviômetros convencionais
Aderência, evaporação e molhamento
Aderência das gotas, de forma residual após o esvaziamento do
corpo, ou após uma chuva leve com pequenas gotas presas à parede,
levam a erros
Por evaporação: 0 a 4%
Por molhamento interno: 2 a 15%
Turbulência
Desvia trajetória das gotas para fora do funil, ou por respingamento
para fora principalmente de gotas grandes no topo do funil, levam a
erros
Deformação do vento: 2 a 10%
Respingamento: 1 a 2%
Acumulação de orvalho
Orvalho acumulado pode ser medido por um data logger. Se for
insuficiente para ser registrado, geralmente é evaporado durante o
dia.
Entupimento
Erros aleatórios por queda de folhas, passaros e insetos (ninhos,
excrementos); soluções alternativas em casos agudos. Solução:
manutenção frequente e registro das ocorrências para remoção de
informações erradas; aparatos anti-pouso de pásaros
Erro aleatório: geralmente invalida a informação, irrecuperável
Erros decorrentes da instalação:
1. Nivelamento horizontal incorreto
2. Evitar obstáculos próximos e lugares nas colinas
soluções :
cumprir limites de distâncias e alturas mínimas
instalar quebraventos
instalar dispositivos anti-pouso de passaros
Sensor de precipitação acústico:
transdutor piezoelétrico transforma efeito da energia
cinética e a medida da pressão (impacto das gotas)
em sinais elétricos (ddp) proporcional ao impacto e
volume das gotas – portanto estima-se a massa.
vento
chuva
pressão
Temperatura,
umidade
Piezoeletricidade: geração de
cargas elétricas na superfície de um
material, ao se aplicar uma tensão
mecânica de deformação (ou v.v.).
Materiais piezoelétricos: cristal de
quartzo, cerâmicas de compostos
de titânio, bário e zircônio.
Estação meteorológica
automática de conceito
mais moderno, com
anemômetro sônico
pluviômetro acústico
(Raincap)
Termistor
Humicap
• Montagem de um pluviômetro simples
Estima-se o raio r do bocal (ou funil), por exemplo em cm
Mede-se o volume V, por exemplo em ml, convertido em cm3 (1 ml = 1 cm3)
Calcula-se a altura h em cm, converte-se para mm de precipitação (1 cm = 10 mm)
Exercício prático : construa e utilize um pluviômetro amador em 4 passos
visa familiarizar-se com a medida da precipitação, o estímulo criativo e a percepção da informação.
1. Material e montagem: 2 a 4 garrafas PET de volume acima de 1,5 L preferencialmente; caneta de ponta porosa,
régua, tesoura ou faca, e um material para fixação (arame, cordão, etc). Há pelo menos 2 tipos sugeridos:
1º tipo) Corte a garrafa de modo que um pedaço torne-se o funil, e o outro um cilindro. Coloque o funil com a tampa
para baixo dentro do cilindro, fixe-os com clipes ou fita. A água será removida entornando-se o pluviometro.
2º tipo) Corte uma garrafa próximo ao fundo, de modo que o pedaço maior seja o cilindro, e corte outra garrafa para
obter um pequeno funil. Coloque o funil dentro do cilindro, e fixe-os com clipes ou fita. Este tipo convêm se amarrado
à uma haste vertical, grade de ferro do portão, no topo do muro etc. Permitirá remover a água abrindo-se a tampa de
baixo.
Escolha um dos tipos, conforme a melhor possibilidade de instalação, e monte pelo menos 2 pluviômetros.
2. Calibração
Marque uma escala vertical de unidades no cilindro com régua e caneta, por ex. com traço a cada 1 cm, e numerais a
cada 2 ou 4 cm. Estabeleça uma relação de conversão da leitura da escala (em cm) para o volume coletado (ml): encha
o cilindro com água nos níveis de 1,2,3,4 cm .... e assim até o máximo da escala; para cada nível, separadamente,
estime o volume coletado (com um medidor de volume, por exemplo de cozinha se não houver nada melhor). Plote em
um grafico cartesiano os pares Volume V (y, em ml) vs Nível N (x, em cm) e ajuste uma reta aos pontos estabelecendo
uma função V = a . N, (onde a = coeficiente constante estimado pelo ajuste da reta).
Esta equação permitirá que o volume V não precise ser estimado todas as vezes em que se faça a leitura, e a água seja
assim descartada após a leitura.
Meça o diâmetro do funil de captação com uma régua ( e assim o raio r), e estabeleça a equação de conversão da altura
de precipitação h (em mm) em função de V e de r.
3. Instalação
Fixe os 2 pluviômetros próximos, cerca de 2 m. Tente seguir as recomendações de instalação da OMM, e não sendo
possível atende-las rigorosamente, instale em local o mais adequado possível. Por exemplo deixe no chão, escorado
por tijolos ou vaso de jardim de menor altura (1º tipo), ou fixo por cordão, arame, etc, no alto de um muro, grade, ou
preferencialmente em uma haste vertical em lugar aberto (2º tipo).
Dê um nome à estação de observação (por ex. Estação Zé/Butantan).
4. Operação
Crie um formulário de dados (eletrônica ou papel) com 4 colunas: dia, hora, N1(cm), N2 (cm), sendo N1 e N2 a medida
do nível dos pluviômetros 1 e 2, respectivamente.
Escolha uma hora do dia, preferencialmente entre 5h e 8h, e faça a leitura sempre nesta hora todos os dias. Se puder
faça a cada 12h ou intervalo menor, mas certifique-se fazer SEMPRE todos os dias no horário estabelecido. Remova a
água após o registro das leituras.
Em uma planilha eletrônica com as 4 colunas iniciais, adicione outras 2 com o cálculo de h1(mm) e h2 (mm), sendo
h1 e h2 a chuva acumulada nos pluviometros 1 e 2, respectivamente, no intervalo de tempo estipulado, por ex um dia.
No final da tabela, escreva seu nome completo como observador técnico, e deixe um espaço para anotações gerais de
ocorrências. Se em algum dia não for feita a medida, ou for notado alguma ocorrência de erro (por ex. vazamento,
entupimento, danos), registre um valor de erro, por exemplo -99, e descreva a ocorrência.