measuring precipitation

Misure di Precipitazione

Matteo Tancon

Università degli Studi di Trento

Matteo Tancon (UniTN) Misure di Precipitazione 1 / 20

Le precipitazioni

Per precipitazione si intende l’acqua che abbandona l’atmosfera e cade alsuolo.Si può distinguere in:

liquida (pioggia, rugiada)

solida (neve, grandine, brina)


Le precipitazioni

Per precipitazione si intende l’acqua che abbandona l’atmosfera e cade alsuolo.Si può distinguere in:

liquida (pioggia, rugiada)solida (neve, grandine, brina)


Perchè misurare le precipitazioni

Prevenire disagi dovuti a piene ed alluvioni

Costruire modelli idrologiciDefinire il clima di una certa zonaFare i bilanci di massa ed energia in una certa zona



Prevenire disagi dovuti a piene ed alluvioniCostruire modelli idrologici

Definire il clima di una certa zonaFare i bilanci di massa ed energia in una certa zona



Prevenire disagi dovuti a piene ed alluvioniCostruire modelli idrologiciDefinire il clima di una certa zona

Fare i bilanci di massa ed energia in una certa zona



Prevenire disagi dovuti a piene ed alluvioniCostruire modelli idrologiciDefinire il clima di una certa zonaFare i bilanci di massa ed energia in una certa zona


Cosa misurare

Quantità di precipitazione (in mm di acqua per m2), corrispondequindi a un volume

Intensità di precipitazione (è la quantità di precipitazione per unità ditempo), rappresenta perciò una portata d’acqua


Cosa misurare

Quantità di precipitazione (in mm di acqua per m2), corrispondequindi a un volumeIntensità di precipitazione (è la quantità di precipitazione per unità ditempo), rappresenta perciò una portata d’acqua


Misura delle precipitazioni

Principi fisici per misurare la precipitazionecatching instrument.Misurano il peso o il volume di pioggia.Non catching instrument.Sfruttano proprietà delle onde elettromagnetiche oppure effettuanomisure di impatto.


Catching InstrumentsMisure di livello

L’acqua viene raccolta in un tubo di diametro noto, attraverso la misuradell’altezza del livello dell’acqua nel tubo si ricava direttamente il volumedell’acqua raccolta. La determinazione del livello è effettuata tramitemisure di conduttività, misure di distanza acustiche o da un galleggiante. Illivello si può misurare con qualsiasi risoluzione temporale desiderata. Larisoluzione delle misure è in genere tra 0.01 mm e 0.1 mm in un minuto,che comporta una risoluzione di intensità tra 0.6 e 6 mm/h. Quando ilcontenitore è pieno l’acqua può essere sifonata, garantendo lacontinuazione della misura senza interventi di tipo manuale. A causa delprocesso di sifonamento la misura si può interrompere per circa 1 min e idati mancanti vengono ricavati per interpolazione.


Catching InstrumentsPluviometri a bascula

Una bilancia a bracci uguali condue contenitori in metallo o inplastica misura l’acqua entrata.Quando un contenitore è pieno ilsuo centro di massa è esterno alfulcro e la bilancia si inclina,scarica l’acqua raccolta e portal’altro contenitore nella posizionedi raccolta. L’uscita dell’acquacostituisce la chiusura di uncontatto (interruttore di lettura), ilrovesciamento della bilanciaproduce un impulso elettrico checostituisce il segnale di output chedeve essere registrato da undata-logger o da un convertitoreanalogico-digitale.

L’intensità di precipitazione vienemisurata contando i ribaltamentiogni 10 secondi e mediando poi suun intervallo più lungo (1 min perbuone precisioni).



Possibili erroriincertezza del peso dell’acqua nella bascula quando il suo movimento ègia iniziato (diminuisce se aumenta l’intensità)il non perfetto equilibrio della bilancialentezza dello scarico dovuto all’inerzia della bilanciala perdita d’acqua durante il movimento di scaricamento della basculaper ragioni meccanichetempi di risposta lunghi per basse intensità (anche fino a 5 min)



CorrezioniLa sottostima ad elevate intensità di precipitazione può arrivare al 15%.Sono necessarie quindi delle correzioni che possono essere:

software che implementano sui dati una correzione che dipendedall’intensità di precipitazione, migliora l’incertezza del 2% incondizioni di laboratorio.extra impulsi che vengono aggiunti alle misure in proporzioneall’intensitàcompensazione meccanica attraverso l’utilizzo di deflettori cherovesciano la bascula prima che questa sia totalmente piena.

É necessario calibrare lo strumento in laboratorio facendo passare un flussonoto costante nel tempo attraverso lo strumento.

Questi strumenti presentano una risoluzione che va da 0.1 a 1 mm diprecipitazione, corrispondenti a 6-60 mm/h di intensità di precipitazione.


Catching InstrumentsMisure di peso

Pluviometri a pesoLa precipitazione viene raccolta e continuamente pesata. Questo tipo dimisure non utilizza nessuna parte meccanica in movimento nel meccanismodi pesata, ci sono solamente delle deformazioni elastiche. Perciò il degradomeccanico e il conseguente bi- sogno di manutenzione vienesignificativamente ridotto. L’intensità di precipitazione viene calcolataattraverso la differenza di 2 o più misure consecutive di peso.


Catching InstrumentsMisure di peso

viene minimizzato l’errore di sottostima dovuto all’evaporazioneil meccanismo di pesata è sensibile alla temperaturala misura è influenzata dal vento che può indurre dei falsi segnali diprecipitazione attraverso pressioni indottel’impatto delle gocce genera un rumore nella misura che deve esserefiltratotempi di risposta nell’ordine della decina di secondi

Gli strumenti che misurano il peso hanno mostrato in laboratorio unincertezza nelle misure (a flusso costante) del 5% per intensità superiori a 2mm/h e del 2% per intensità superiori a 10 mm/h. La risoluzione dellemisure va da 0,001 a 0,1 mm che corrispondono a 0.06 - 6 mm/h diintensità.


Catching InstrumentsMisure di precipitazione solida

Sono stati confrontati i pluviometri a bascula con i pluviometri chemisurano il peso.

Pluviometri a basculaLa neve (o grandine) deve essere sciolta per poter essere misurata, tutto lostrumento deve quindi essere riscaldato, con conseguente perdita di acquaper evaporazione. Le nevicate più deboli non vengono registrate e i tempidi risposta sono elevati.

Pluviometri a pesoLa neve viene pesata senza essere sciolta, solo il bordo del collettore vieneriscaldato per evitare accumuli. La perdita per evaporazione è quasi nulla ei tempi di risposta sono piuttosto bassi.


Catching InstrumentsMisure di precipitazione solida

Conclusionii pluviometri a bascula misurano circa il 20% della precipitazione inmeno rispetto alle misure di pesoil vento può indurre errori fino al 10% a causa del basso peso specificodella neveil ritardo di risposta degli strumenti a bascula dovuto all’evaporazioneè dell’ordine dei 10 min

Differenza delle partiriscaldate tra un misuratore dipeso (a sinistra) e unpluviometro a bascula.


Non catching instruments

Questi strumenti sono usati principalmente per osservazioni in tempo realedelle grandezze meteorologiche. Richiedono poca manutenzione delleapparecchiature e pochi controlli periodici. Alcuni strumenti distinguono iltipo di precipitazione (liquida o solida).Molti di questi strumenti fornisconodei dati di output che contengono parametri diagnostici utili per il controllodella qualità dei dati.



Disdrometri otticiQuesti strumenti utilizzano uno o 2 raggi sottili di luce laser per rilevare leparticelle che lo attraversano. Ogni particella che attravarsa il fascio riducel’in- tensità della luce trasmessa in modo proporzionale al suo diametro.L’intensità di precipitazione può essere calcolata direttamente attraversol’integrazione sul volume delle particelle rilevate e su un periodo di tempoche va da 15 sec a 1 min. La risoluzione delle misure di intensità è ingenere di 0.001-0.005 mm/h.



Errori del disdrometro otticogocce coincidenti, rilevate come una goccia più larga⇒ sovrastima del volume precipitato; si applica una correzionestatisticagocce che colpiscono il bordo del diffusore della luce, vengonointerpretate come piccole particelle che in certi casi non vengonorilevate



Didrometri a impattoUna membrana plastica o metallica agisce da superficie di misura sensibileall’impatto delle singole particelle di precipitazione. Il movimentomeccanico della membrana genera onde elastiche sul piatto del sensore esul sensore piezoelettrico: gli stress meccanici sono convertiti in segnalielettrici proporzionali alla dimensione delle particelle. Altri sistemi rilevanol’ampiezza e analizzano lo spettro delle frequenze generato dalle particelleche colpiscono la membrana determinando il numero a le dimensioni dellegocce. Il segnale di output è in genere convertito in precipitazionecumulata. L’integrazione di questo parametro permette di ricavarel’intensità . Tecniche di filtrazione si usano per pulire il segnale dai segnalinon provenienti dalle gocce di pioggia. Non sono in grado di misuraregocce di diametro inferiore a 0.3 mm, inoltre i fiocchi di neve chepresentano bassa densità possono non essere rilevati.



Disdrometri radar a microondePiccoli radar si possono utilizzare per determinare lo spettro del segnale dibackscatter dovuto alla caduta delle particelle. Il principio difunzionamento è basato sulla misura della velocità di caduta delle gocce eal loro backscattering volumetrico. É noto che la velocità di caduta dellegocce è determinata dalle loro dimensioni e il range di velocità va da 1.5 a9 mm/s . Lo spettro è influenzato dall’effetto Doppler associato allavelocità di caduta delle particelle. L’intensità del segnale di backscatter èda mettere in relazione con il numero di particelle e del loro contenutod’acqua. Si ricava la Drop Size Distribution dallo spettro e calcola lapioggia cumulata su un tempo medio che va tipicamente tra 1 min e 10min. La risoluzione dell’intensità di precipitazione è dell’ordine di 0.1 mm.



Errori dei radar a microondevariabilità verticale della natura della precipitazione (acqua-ghiaccio)variazioni dell indice di rifrazione atmosfericole gocce rilevate a quote elevate potrebbero non raggiungere il suolo

Si possono utilizzare frequenze diverse, frequenze elevate consentono unarisoluzione spaziale maggiore.



Sensori ottico capacitiviI sensori ottici sono normalmente utilizzati per avere misure dello scatteringat- mosferico. Se viene aggiunto un sensore di pioggia essi forniscono laprecipitazione cumulata e l’intensità, misurando lo scattering dovuto alpassaggio delle gocce di pioggia attraverso un volume noto. Alcuni sensoriottici sono in grado di determinare il tipo di precipitazione, inoltrecombinando un algoritmo interno e misure di temperatura fornisconoinformazioni meteorologiche.


measuring precipitation

Education