La misurazione della pioggia e la costruzione di un semplice pluviometro
La misura delle precipitazioni è un cardine delle osservazioni meteorologiche. In questo articolo spieghiamo cosa è un pluviometro, quali sono le unità di misura delle precipitazioni, e come realizzare un semplicissimo pluviometro manuale per la lettura dei dati pluviometrici.
Cosa è un pluviometro?
Un pluviometro è un contenitore cilindrico che raccoglie la pioggia. Sul mercato esistono vari modelli, da quelli manuali a quelli elettronici inclusi nella sensoristica di stazioni meteorologiche.
L’unità di misura dell’accumulo pluviometrico
Gli accumuli pluviometrici vengono misurati in \(\mathrm{\ell/m^2}\) (litri al metro quadrato, cioè litri per unità di superficie); più comunemente si parla di accumuli in millimetri (\(\mathrm{mm}\)), e questo perché le due unità di misura si equivalgono:
\(\displaystyle{\frac{\mathrm{\ell}}{\mathrm{m}^2}=\frac{10^{-3}\mathrm{m}^3}{\mathrm{m}^2}=10^{-3}\;\mathrm{m}=1\;\mathrm{mm}}\)dove abbiamo usato la definizione di litro: \(1\;\ell=10^{-3}\;\mathrm{m}^3\).
La definizione litro al metro quadrato ( \(\mathrm{\ell/m^2}\)) rende comunque meglio l’idea di cosa si sta misurando: se ad esempio registriamo \(20\;\mathrm{\ell/m^2}\), vuol dire che in un ipotetico contenitore avente superficie di base pari a \(1\;\mathrm{m^2}\) sono caduti 20 litri di acqua.
C’è anche dell’altro: moltiplicando il valore registrato per una qualsiasi superficie, si ottiene la quantità di acqua in litri caduta su quella superficie. Ad esempio, sapendo che mediamente in un anno sulla città di Roma cadono circa \(800 \;\mathrm{mm}\) e che la superficie di Roma ammonta a \(1.285\cdot 10^6\;\mathrm{m^2}\), possiamo concludere che mediamente, in un anno, cadono \(1.285\cdot 10^6\cdot 800 \;\ell = 1.03\cdot 10^{9} \;\ell\) di acqua, ovvero circa un miliardo di litri.
Dunque, per misurare un accumulo pluviometrico (che indichiamo con \(a\)) , ci basterà misurare il volume \(V\) dell’acqua raccolta dal recipiente, e dividerlo per la superficie \(A\) della base del recipiente stesso:
\(\displaystyle{a=\frac{V}{A}}\)
Come costruire un pluviometro
Un pluviometro manuale può essere facilmente fatto in casa: infatti la sua realizzazione è piuttosto semplice ed economica. Occorrente:
- un recipiente graduato, oppure un recipiente perfettamente cilindrico;
- un righello o un metro.
Una volta trovato il recipiente non ci resta che posizionarlo: su questo argomento ve ne abbiamo parlato approfonditamente in questo articolo: Dove posizionare una stazione meteo.
Nel caso specifico di un pluviometro manuale, è di buon auspicio porlo in un posto facilmente raggiungibile: infatti la consultazione dei dati può essere effettuata solo andando a misurare con il righello/metro il contenuto del recipiente.
I calcoli pluviometrici
Passiamo ora alla pratica. Supponiamo di avere un recipiente graduato che mostri il volume in millilitri (\(\text{m}\ell\)) e un comune righello (le cui misure saranno in centimetri \(\text{cm}\)). Calcoliamo le seguenti grandezze:
- Diametro della base superiore \(d\) tramite righello, in centimetri;
- Raggio della base superiore \(r=d/2\), in centimetri;
- Area della base superiore \(A=\pi r^2\), con \(\pi=3.14159\) (in centimetri quadrati, \(\text{ cm}^2\));
- Fattore pluviometrico \(F=10/A\);
- Volume di acqua \(V\), tramite la scala graduata del recipiente, in millilitri (\(\text{m}\ell\)).
Abbiamo tutto quello che ci occorre! L’accumulo, in millimetri (o litri al metro quadrato) è dato da:
\(\displaystyle{a=FV}\)
E se il recipiente non è graduato?
Se non abbiamo a disposizione un recipiente graduato, possiamo comunque misurare l’accumulo pluviometrico, purché tale contenitore sia perfettamente cilindrico. In tal caso, con il righello, misuriamo l’altezza \(h\) (in centimetri) dell’acqua al suo interno. L’accumulo, in millimetri (o litri al metro quadrato) è dato da:
\(\displaystyle{a=10h}\)
Osservazioni
- Il caso del recipiente graduato prevede più passaggi, ma ha il vantaggio che non necessariamente occorre un recipiente perfettamente cilindrico;
- è importante che l’area presa in considerazione nel caso del recipiente graduato sia quella della base superiore (ovvero quella aperta, in cui entra la pioggia), perché è nostro interesse conoscere la quantità di acqua in relazione alla grandezza del foro che la accoglie.
Esempi pratici
Esempio 1 – recipiente graduato
Supponiamo di avere un recipiente graduato. Misuriamo il diametro della base superiore (quella aperta) \(d=10\text{ cm}\), dunque \(r=5\text{ cm}\), \(A=3.14159\cdot5^2=78.53975\text{ cm}^2\), \(\displaystyle{F=\frac{10}{A}=\frac{10}{78.53975}=0.12732\text{ cm}^{-2}}\).
Ipotizziamo ora di leggere un volume di acqua pari a \(V=200\text{ m}\ell\). L’accumulo allora è:
\(a=FV=0.12732\cdot200=25.46\text{ mm}=25.46\;\ell\text{/m}^2\).
Esempio 2 – recipiente generico cilindrico
Supponiamo di avere un generico recipiente perfettamente cilindrico. Misuriamo l’altezza dell’acqua pari a \(h=2.5\text{ cm}\). L’accumulo allora è:
\(a=10h=10\cdot2.5=25\text{ mm}=25\;\ell\text{/m}^2\).
