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AULA 4

Disciplina INSTRUMENTOS METEOROLGICOS E MTODOS DE OBSERVAOACA 221 Graduao Departamento de Cincias Atmosfricas / Iag / USP

Responsvel: Prof. Humberto Ribeiro da Rocha

Material apresentado exclusivamente aos alunos da disciplina, com contedo referenciado da literatura e disponvel na www NO CIRCULAR

PrecipitaoPLUVIOMETRIA

Latin: Pluvia=chuva, mede a quantidade de precipitao. (pluviosidade = aspecto qualitativa da precipitao)

Precipitao: produtos de condensao da gua, lquidos ou slidos, que caem das nuvens na superfcie, o que inclui a chuva, neve e granizo.

Quantidade de precipitao : medida com os pluvimetros, expressas como uma altura de gua sobre 1 m2 de rea

Unidades: um fluxo de massa (kg de gua por unidade de rea = kg m-2) ou a altura vertical de gua equivalente (expressa em mm ou outra unidade de comprimento)

1 mm de gua = 1 kg m-2 , ou altura de 1 mm de gua em 1 m2 de rea horizontal(similar altura da lmina dgua preenchendo a rea de 1 m2 sem nenhuma perda em qualquer direo)

1 cm de precipitao = 10 mm de precipitao1 polegada de precipitao = 2,54 cm = 25, 4 mm de precipitao

2neve: altura de neve recem-cada sobre 1 m2

converso em mm de gua (5 a 20% neve fresca, 30 a 60% neve velha)

Obs: no se estima orvalho (condensao do ar mido por contato com superfcie fria) por meio de pluvimetro, embora seja possvel que o orvalho contribua com a gua coletada no pluvimetro.

Durao: intervalo de tempo do incio at o fim do evento de precipitao, em horas, minutos.

recomenda-se expressar a resoluo da quantidade de precipitao:Chuva horria ou diria : de 0,1 ou 0,2 mmChuva decendial, mensal ou anual: de 1 mm

Intensidade da precipitao: razo da quantidade de precipitao sobre a durao do evento da chuva

em mm/h, mm/min

(mmd-1)(mm h-1)

Chuva diria30/01 a 03/02/2008Chuva horria

So Luiz do Paraitinga,SPChuva mensal (climatolgica e de um ano especifico)(mm dia-1)4Histrico3000 AC Babilnia (caldeus) observaes chuva,nuvens, ventos400 AC registros na ndia (avaliar impostos)cc 1690 pluvimetro c/ funil Robert Hooke (Inglaterra)Inveno da bscula (Cristopher Wren e Robert Hooke (Inglaterra)

5Pluvimetro padro do United States Weather Bureau

Cilindro 50 cm alturacom funil dimetro 20 cm

Coleta de gua tubo com 1/10 da rea de captao (p/ amplificar a coleta)

Capacidade: 50 mm de precipitao

50 cm20 cm(A,B) coleta de volume manual(C) medida de massa: inclui neve e granizo(D) acstico: presso da gota sobre uma superfcie (E) Bscula automticaTipos de pluvimetros

Modelo Ville de Paris Dimetro do bocal: 225,7 mm Capacidade : at 200 mm

Modelo Hellmann Dimetro do bocal: 159,6 mm Capacidade : at 200 mm.Pluvimetros convencionais: coleta manual do volume com medida em proveta graduada

Pluvigrafo (com registro em papel)

Tambor de rotao com papelPena ligada na bia

Cilindro de coleta de gua bia sobe com a gua, pena registra tambor de rotao com papel

Tubo sifo esvazia o cilindro cheio para o coletor inferior pena volta ao zero

Coletor inferior

Pluvimetro de bscula(tipping bucket rain gauge)

ComponentesFunil, corpo e baseMecanismo de bscula dual automtico: sada p/ registro de pulso eltrico

Eliminao da gua

Pluvimetro de bscula Intervalo : 0 a 50 C(h pluvimetro com aquecedor, para neve)Acurcia: +1% sob intensidade 2 mm / hora Sensibilidade: (1 bscula) 0.1mm a 0.5 mmFontes de erros pode subestimar chuva intensa - bscula continua a encher ainda durante o esvaziamentochuva de baixa intensidade -evaporao no funilEfeito do vento :re-evaporao, erro de ~5% com vento > 5 m/stotal acumulado : entupimento (folhas, detritos ...)Caso de subestimativa da chuva intesa: chuva medida em funo do valor de referncia

Critrios de instalao do pluvimetro (extensivo para estao automtica)

1. escolha preferencialmente uma rea aberta, longe de obstculos (edificaes, rvores)a) montar em um mastro, com o topo do pluvimetro acima do poste e com 1,5 m de alturab) fixe o mastro dentro do cercado meteorolgico (distante ~3 m da cerca)c) nivele horizontalmente o topo do pluvimetro

2. se na rea houver algum obstculo (caso muito comum), a distncia dos obstculos (d) de altura h ser- recomendada de segurana : d > 10 h e d > 150 m- mnima restritiva : d > 2 h

3. se nica opo for topo edificao (altura H), a altura de instalao A > 1,5 H, se diagonal da area do topo edificao W < H A > 1,5 W

1, 5 m

Problemas comuns e erros nos pluvimetros convencionaisAderncia, evaporao e molhamentoAderncia das gotas, de forma residual aps o esvaziamento do corpo, ou aps uma chuva leve com pequenas gotas presas parede, levam a errosPor evaporao: 0 a 4%Por molhamento interno: 2 a 15%

Turbulncia Desvia trajetria das gotas para fora do funil, ou por respingamento para fora principalmente de gotas grandes no topo do funil, levam a errosDeformao do vento: 2 a 10%Respingamento: 1 a 2%

Acumulao de orvalhoOrvalho acumulado pode ser medido por um data logger. Se for insuficiente para ser registrado, geralmente evaporado durante o dia.

EntupimentoErros aleatrios por queda de folhas, passaros e insetos (ninhos, excrementos); solues alternativas em casos agudos. Soluo: manuteno frequente e registro das ocorrncias para remoo de informaes erradas; aparatos anti-pouso de psarosErro aleatrio: geralmente invalida a informao, irrecupervel

Erros decorrentes da instalao:

1. Nivelamento horizontal incorreto

2. Evitar obstculos prximos e lugares nas colinas

solues : cumprir limites de distncias e alturas mnimasinstalar quebraventosinstalar dispositivos anti-pouso de passaros

Sensor de precipitao acstico:

transdutor piezoeltrico transforma efeito da energia cintica e a medida da presso (impacto das gotas) em sinais eltricos (ddp) proporcional ao impacto e volume das gotas portanto estima-se a massa.ventoTemperatura, umidadepresso

chuva

Piezoeletricidade: gerao de cargas eltricas na superfcie de um material, ao se aplicar uma tenso mecnica de deformao (ou v.v.). Materiais piezoeltricos: cristal de quartzo, cermicas de compostos de titnio, brio e zircnio.

Estao meteorolgica automtica de conceito mais moderno, com anemmetro snicopluvimetro acstico (Raincap)TermistorHumicap

Montagem de um pluvimetro simples

Estima-se o raio r do bocal (ou funil), por exemplo em cmMede-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 precipitao (1 cm = 10 mm)Exerccio prtico : construa e utilize um pluvimetro amador em 4 passos

visa familiarizar-se com a medida da precipitao, o estmulo criativo e a percepo da informao.

1. Material e montagem: 2 a 4 garrafas PET de volume acima de 1,5 L preferencialmente; caneta de ponta porosa, rgua, tesoura ou faca, e um material para fixao (arame, cordo, etc). H pelo menos 2 tipos sugeridos: 1 tipo) Corte a garrafa de modo que um pedao 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 gua ser removida entornando-se o pluviometro.2 tipo) Corte uma garrafa prximo ao fundo, de modo que o pedao 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 convm se amarrado uma haste vertical, grade de ferro do porto, no topo do muro etc. Permitir remover a gua abrindo-se a tampa de baixo. Escolha um dos tipos, conforme a melhor possibilidade de instalao, e monte pelo menos 2 pluvimetros.

2. Calibrao Marque uma escala vertical de unidades no cilindro com rgua e caneta, por ex. com trao a cada 1 cm, e numerais a cada 2 ou 4 cm. Estabelea uma relao de converso da leitura da escala (em cm) para o volume coletado (ml): encha o cilindro com gua nos nveis de 1,2,3,4 cm .... e assim at o mximo da escala; para cada nvel, separadamente, estime o volume coletado (com um medidor de volume, por exemplo de cozinha se no houver nada melhor). Plote em um grafico cartesiano os pares Volume V (y, em ml) vs Nvel N (x, em cm) e ajuste uma reta aos pontos estabelecendo uma funo V = a . N, (onde a = coeficiente constante estimado pelo ajuste da reta). Esta equao permitir que o volume V no precise ser estimado todas as vezes em que se faa a leitura, e a gua seja assim descartada aps a leitura. Mea o dimetro do funil de captao com uma rgua ( e assim o raio r), e estabelea a equao de converso da altura de precipitao h (em mm) em funo de V e de r.

3. InstalaoFixe os 2 pluvimetros prximos, cerca de 2 m. Tente seguir as recomendaes de instalao da OMM, e no sendo possvel atende-las rigorosamente, instale em local o mais adequado possvel. Por exemplo deixe no cho, escorado por tijolos ou vaso de jardim de menor altura (1 tipo), ou fixo por cordo, arame, etc, no alto de um muro, grade, ou preferencialmente em uma haste vertical em lugar aberto (2 tipo). D um nome estao de observao (por ex. Estao Z/Butantan).

4. OperaoCrie um formulrio de dados (eletrnica ou papel) com 4 colunas: dia, hora, N1(cm), N2 (cm), sendo N1 e N2 a medida do nvel dos pluvimetros 1 e 2, respectivamente. Escolha uma hora do dia, preferencialmente entre 5h e 8h, e faa a leitura sempre nesta hora todos os dias. Se puder faa a cada 12h ou intervalo menor, mas certifique-se fazer SEMPRE todos os dias no horrio estabelecido. Remova a gua aps o registro das leituras. Em uma planilha eletrnica com as 4 colunas iniciais, adicione outras 2 com o clculo 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 tcnico, e deixe um espao para anotaes gerais de ocorrncias. Se em algum dia no for feita a medida, ou for notado alguma ocorrncia de erro (por ex. vazamento, entupimento, danos), registre um valor de erro, por exemplo -99, e descreva a ocorrncia.