ΑΣΚΗΣΗ 6 ΒΡΟΧΗ Η βροχή αποτελεί μία από τις σπουδαιότερες μετεωρολογικές παραμέτρους. Είναι η πιο κοινή μορφή υετού και αποτελείται από σταγόνες που βρίσκονται σε υγρή κατάσταση. 1. Βροχομετρικές παράμετροι Ύψος βροχής: Στη βροχή εκείνο που ενδιαφέρει περισσότερο είναι η ποσότητα νερού που πέφτει σε μία επιφάνεια σε ημερήσια, μηνιαία, εποχική και ετήσια βάση. Εκφράζεται με το ύψος βροχής που ορίζεται ως το ύψος που θα έφτανε η στάθμη του νερού της βροχής στο αντίστοιχο χρονικό διάστημα, αν έπεφτε πάνω σε μία οριζόντια επιφάνεια θεωρώντας ότι δεν υπάρχει απορροή, απορρόφηση και εξάτμιση. Το ύψος βροχής προσδιορίζεται με τα βροχόμετρα και τους βροχογράφους με ακρίβεια δεκάτου του χιλιοστού. Διεθνώς η μονάδα μέτρησης του ύψους βροχής είναι το mm ή cm. Στην πράξη λέγοντας βροχή ύψους 1mm νοείται η βροχόπτωση που αποδίδει ποσότητα νερού ίση με 1kgr πάνω σε μία επιφάνεια 1m 2. Ένταση βροχής: Μία άλλη χρήσιμη στην κλιματολογία βροχομετρική παράμετρος είναι η ένταση (ή ραγδαιότητα) της βροχής που εκφράζεται με την ποσότητα της βροχής ανά μονάδα χρόνου (συνήθως 24ωρο). Η ένταση της βροχής σχετίζεται άμεσα με την αποτελεσματικότητά της, διότι επηρεάζει τη συγκέντρωση του πλεονάζοντος ποσού βροχής στην επιφάνεια του εδάφους. Διάρκεια βροχής: Ονομάζεται ο χρόνος που βρέχει σε ορισμένο χρονικό διάστημα. Αριθμός ημερών βροχής: Είναι ο αριθμός των ημερών που σημειώνεται βροχή σε έναν τόπο και σε ορισμένο χρονικό διάστημα. Στατιστικά σημαντικές θεωρούνται οι βροχές πάνω από 0.1mm. 2. Ημερήσια πορεία της βροχής Ως προς την ημερήσια πορεία, η βροχή διακρίνεται σε τρεις τύπους: α. Θαλάσσιος τύπος: Παρατηρείται σε τόπους θαλάσσιας επίδρασης και παρουσιάζει ένα μέγιστο που σημειώνεται στη διάρκεια των νυχτερινών ή πρώτων πρωινών ωρών. Το μέγιστο αυτό αποδίδεται στο ότι η θερμοκρασία του αέρα αμέσως πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας δεν κατέρχεται πολύ κατά τη νύχτα εξαιτίας της επαφής του με τη θερμότερη υποκείμενη υδάτινη επιφάνεια, ενώ τα αμέσως υπερκείμενα στρώματα ψύχονται περισσότερο λόγω ακτινοβολίας. Η νυχτερινή αυτή αστάθεια ενισχύει τις μετωπικές βροχές πάνω από τη θάλασσα ή και τις δημιουργεί αν είναι ισχυρή. β. Ηπειρωτικός τύπος: Το μέγιστο βροχής σημειώνεται κατά τις απογευματινές ώρες κατά ή λίγο μετά το μέγιστο της θερμοκρασίας. Η υπερθέρμανση του αέρα εξαιτίας της θέρμανσης του υποκείμενου εδάφους οδηγεί σε ανοδικές κινήσεις και ψύξη του αέρα. Παρατηρείται στις ηπειρωτικές περιοχές κυρίως το καλοκαίρι. 1
γ. Πολύπλοκος τύπος: Παρουσιάζει αποκλίσεις ή και συνδυασμό των παραπάνω. Μερικοί τύποι μπορεί να εμφανίζουν και τις δύο περιπτώσεις μεγίστων (νυχτερινό, απογευματινό), ενώ άλλοι είναι δυνατό να εμφανίζουν θαλάσσιο τύπο το χειμώνα και ηπειρωτικό το καλοκαίρι. 3. Ετήσια πορεία της βροχής Η ετήσια πορεία της βροχής ή το βροχομετρικό σύστημα (δηλαδή η κατανομή της βροχής στη διάρκεια του έτους) μίας περιοχής αποτελεί θεμελιώδες κλιματικό στοιχείο, ιδιαίτερα εκεί που τα ετήσια ύψη βροχής είναι αρκετά μικρά ή πολύ μεγάλα. Οι σπουδαιότεροι τύποι βροχομετρικών συστημάτων στην επιφάνεια του πλανήτη είναι: 1. Θαλάσσιο: Επικρατεί πάνω από τους ωκεανούς όπου το μέγιστο των βροχών σημειώνεται κατά το φθινόπωρο και το χειμώνα. Σ αυτές τις εποχές οι θαλάσσιες αέριες μάζες είναι θερμότερες και πλουσιότερες σε υδρατμούς από το περιβάλλον. 2. Ηπειρωτικό: Απαντάται στο εσωτερικό των ηπείρων. Χαρακτηριστικό του είναι οι πολλές θερινές βροχές και η χειμερινή, συνήθως, ξηρασία. 3. Μεσογειακό ή υποτροπικό: Συναντάται στις περιοχές με μεσογειακό κλίμα. Το μέγιστο και ελάχιστο των βροχών σημειώνεται κατά το χειμώνα και το θέρος, αντίστοιχα. Επικρατεί γενικά στα προς τους πόλους όρια των ζωνών ηψηλών πιέσεων (ξηρασίας) των υποτροπικών περιοχών (με γεωγραφικό πλάτος 25-30 ). 4. Μουσσωνικό: Επικρατεί στις περιοχές με μουσσωνικό τύπο κλίματος, με κύριο χαρακτηριστικό του τις άφθονες θερινές βροχές και τη χειμερινή ξηρασία. Απαντάται, επίσης, στα δυτικά των ηπείρων των τροπικών γεωγραφικών πλατών. 5. Ισημερινό: Απαντάται στις περιοχές που βρίσκονται ανάμεσα στον Ισημερινό και τους παράλληλους 10 Β και 10 Ν. Σημειώνονται δύο μέγιστα βροχής κατά τις ισημερίες (περίπου 21 Μαρτίου και 23 Σεπτεμβρίου). 6. Τροπικό: Χαρακτηρίζεται από ένα μέγιστο βροχής κατά το θέρος του κάθε ημισφαιρίου όταν ο ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του τόπου ή λίγο αργότερα, καθώς και από ένα ελάχιστο που σημειώνεται κατά το χειμώνα. 4. Τεχνικές μέτρησης της βροχής Τα επίγεια όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της βροχής ονομάζονται βροχόμετρα, τα δε αυτογραφικά βροχογράφοι. Συχνά τα δεδομένα που προέρχονται από επίγειες παρατηρήσεις είναι ανεπαρκή για χρήση σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια ή στην πρόγνωση έντονων βροχοπτώσεων που μπορούν να προκαλέσουν πλημμύρες και καταστροφές. Για τον σκοπό αυτό εφαρμόζεται η τηλεπισκόπηση, δηλαδή η παρατήρηση φαινομένων και λήψη πληροφορίας από απόσταση, με τη χρήση τηλεσκοπικών συστημάτων, όπως είναι τα μετεωρολογικά ραντάρ και οι μετεωρολογικοί δορυφόροι. Στη συνέχεια, περιγράφονται οι αρχές λειτουργίας των βασικών επίγειων οργάνων μέτρησης της βροχής. 2
Δεκαπλασιαστικό βροχόμετρο Το ογκομετρικό βροχόμετρο είναι το απλούστερο όργανο τόσο από άποψη κατασκευής όσο και χρήσης. Το νερό της βροχής συγκεντρώνεται μέσω μίας χοάνης σε ένα δοχείο συλλογής που είναι τοποθετημένο στη βάση του εσωτερικού ενός κυλίνδρου. Η μέτρηση της βροχής γίνεται με τη χρήση ενός ογκομετρικού σωλήνα κατάλληλα βαθμολογημένου σε χιλιοστά ύψους βροχής. Το δεκαπλασιαστικό βροχόμετρο ονομάζεται έτσι γιατί το εμβαδόν της χοάνης συλλογής, που βρίσκεται στο επάνω μέρος του οργάνου, είναι ακριβώς δεκαπλάσιο του αθροίσματος των εμβαδών των τομών του μεταλλικού κυλίνδρου και του γυάλινου σωλήνα που είναι τοποθετημένοι στη βάση της χοάνης κατακόρυφα. Πίσω από το γυάλινο σωλήνα είναι τοποθετημένη μια βαθμονομημένη κλίμακα σε χιλιοστά. Η διαφορά των δύο διαδοχικών αναγνώσεων του ύψους της στάθμης του νερού που είναι εντός του γυάλινου σωλήνα, δείχνει με ακρίβεια χιλιοστού το ύψος της βροχής για το χρονικό διάστημα μεταξύ των δύο αυτών μετρήσεων. Σχήμα 1. Λεπτομέρειες κατασκευής του δεκαπλασιαστικού βροχομέτρου. Βροχογράφος Ο βροχογράφος τύπου Hellman είναι το βασικό όργανο καταγραφής τόσο του ύψους βροχής όσο και της έντασης αυτής. Στην κορυφή του οργάνου βρίσκεται η χοάνη συλλογής εμβαδού 200cm 2. Το νερό της βροχής οδηγείται από την οπή της βάσης της χοάνης αυτής, μέσω σωλήνα, σε θάλαμο σιφωνίου μέσα στον οποίο υπάρχει πλωτήρας. Η κατακόρυφη κίνηση του πλωτήρα, που προκαλείται από την εισαγωγή του νερού της βροχής μέσα στο θάλαμο του σιφωνίου παρασύρει τη γραφίδα, η οποία εφάπτεται συνεχώς μιας ταινίας προσαρμοσμένης σε ωρολογιακό μηχανισμό περιστροφής. Η ταινία καταγραφής είναι βαθμολογημένη σε χιλιοστά βροχής (οριζόντιες γραμμές) και σε χρόνο (κατακόρυφες γραμμές). Όταν δεν βρέχει, η γραφίδα βρίσκεται στο σημείο 0mm και γράφει οριζόντια γραμμή. Εάν αρχίσει να βρέχει τότε ο 3
πλωτήρας μέσα στο δοχείο αρχίζει να ανυψώνεται προοδευτικά και μαζί με αυτόν η γραφίδα, η οποία χαράσσει καμπύλη στην επιφάνεια της ταινίας. Όταν η στάθμη του νερού που συλλέγεται μέσα στον κύλινδρο φτάσει ακριβώς στο ύψος της καμπύλης του σιφωνίου, τότε η γραφίδα βρίσκεται στην ανώτατη υποδιαίρεση της ταινίας (τα 10mm). Μία ελάχιστη επιπλέον ποσότητα ύδατος προκαλεί την αυτόματη κένωση του δοχείου με τον σιφώνα. Τότε η γραφίδα χαράσσει μία κατακόρυφη γραμμή και κατέρχεται μέχρι το σημείο 0mm της ταινίας. Εάν η βροχή εξακολουθεί τότε η γραφίδα ανέρχεται και πάλι και το ίδιο φαινόμενο επαναλμβάνεται συνεχώς μέχρι να σταματήσει η βροχή. Η μορφή της καμπύλης, την οποία χαράσσει η γραφίδα πάνω στην ταινία του βροχογράφου, εξαρτάται από τη ραγδαιότητα της βροχής. Η κλίση των κατακόρυφων καμπυλών της γραφίδας ως προς το οριζόντιο επίπεδο δίνει την ένταση της βροχόπτωσης. Όταν παύει η βροχόπτωση η γραφίδα γράφει και πάλι οριζόντια γραμμή. Ο χρόνος της συγκεκριμένης βροχόπτωσης προσδιορίζεται μεταξύ των δύο οριζόντιων ιχνών της γραφίδας. Σχήμα 2. Λεπτομέρειες κατασκευής του βροχογράφου. Βροχόμετρο με tipping bucket (ανατροπή κάδου) Τα βροχόμετρα με tipping bucket αποτελούνται από δύο μικρούς κάδους που είναι τοποθετημένοι σε κοινό άξονα. Τα όργανα αυτά διαθέτουν μια χοάνη μέσω της οποίας γεμίζουν οι κάδοι με το νερό της βροχής και μετακινούνται κατακόρυφα. Όταν γεμίσει ο πρώτος κάδος, αλλάζει θέση επιτρέποντας το άδειασμα του κάδου αυτού και δίνοντας τη θέση του στον δεύτερο κάδο κάτω από την χοάνη. Η διαδικασία ανατροπής επαναλαμβάνεται επ' αόριστον, εφόσον η βροχή συνεχίζει να πέφτει, με κάθε άκρο αντίστοιχα να μετρά μια συγκεκριμένη ποσότητα βροχής. Οι κάδοι συνδέονται με μηχανισμό καταγραφής που μεταφέρει τις παρατηρήσεις στο χαρτί καταγραφής. Σε κάθε άκρη του άξονα υπάρχει μια μαγνητική επαφή και κάθε φορά που ανατρέπεται ένας κάδος (συνήθως όταν συλλέξει 10ml βροχής, που αντιστοιχούν σε 0.2mm βροχής) δίνει έναν παλμό. Τέλος, η έξοδος του οργάνου συνδέεται σε είσοδο μέτρησης παλμών σε καταγραφικό σύστημα, και αθροίζονται οι παλμοί και ως εκ τούτου το συνολικό ποσό βροχής (αριθμός παλμών x 0.2mm). 4
Σχήμα 3. Λεπτομέρειες κατασκευής Βροχομέτρου με tipping bucket 5
Εργαστήριο Κλιματολογίας: Άσκηση 6. Βροχή Ονομ/μο:... Τμήμα:... Α.Μ.... Ημερομηνία:... Στον παρακάτω πίνακα δίνεται η ετήσια πορεία του ύψους βροχής σε mm για έξι διαφορετικους σταθμούς του πλανήτη. Να σχεδιαστεί σε κοινό διάγραμμα η ετήσια πορεία του ύψους βροχής για κάθε σταθμό. Μήνας Σταθμός Α Β Γ Δ Ε ΣΤ Ιαν. 89 61 2 79 51 25 Φεβ. 97 88 1 69 38 28 Μαρ. 142 226 0 72 36 20 Απρ. 231 240 3 67 46 32 Μάι. 376 353 16 57 46 40 Ιουν. 226 472 520 39 41 60 Ιουλ. 130 710 709 15 51 79 Αυγ. 112 726 419 25 56 47 Σεπτ. 165 628 297 69 46 41 Οκτ. 348 399 88 126 58 31 Νοεμ. 307 146 21 117 63 31 Δεκ. 145 60 2 100 51 37 Με βάση το διάγραμμα να αναγνωριστεί το βροχομετρικό σύστημα κάθε σταθμού. Σταθμός Α Β Γ Δ Ε ΣΤ Βροχομετρικό σύστημα 6