اندازه گیری دقیق بارش همه چیز را از پیش بینی سیل و برنامه ریزی کشاورزی برای مدیریت منابع آب و هوا و مدل سازی آب و هوا، دانشمندان بر سنجش های مکانیکی ساده و مشاهدات دستی تکیه می کنند، اما به عنوان نیاز به وضوح بالاتر، داده های زمان واقعی رشد کرده است، علم مواد و فن آوری های دیجیتال برای تولید نسل جدید از جمع آوری و دستگاه های اندازه گیری این نوآوری های تبخیر کاهش، بهبود حساسیت به نور، و تجزیه و تحلیل گسترده ای از راه دور، و هوا و تحلیل مهندسان آب و هوا، پیشرفت های حیاتی است.

متن تاریخی: از Can-and-Stick تا مدرن سنج

اندازه گیری های باران استاندارد - اساسا یک قیف و یک سیلندر فارغ التحصیل - در قرن ها تغییر کرده اند. سنج استاندارد خدمات آب و هوا ملی هنوز به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، اما از محدودیت های شناخته شده رنج می برد: کمبودهای ناشی از باد ناشی از تبخیر، تبخیر در طول دوره های گرم، و ناتوانی در تشخیص بین باران، برف و کتابچه راهنمای همچنین خطا و تاخیر در این مواد جستجو را بهتر و سنجش خودکار.

درس هایی از تلاش های اولیه

ضبط کننده های مبتنی بر وزن (تعامل های متنوع) و مکانیسم های نوک پینگ-بucket اتوماسیون را بهبود بخشید، اما هنوز با پوشیدن مکانیکی، مسائل یخ زدن و وضوح محدود مواجه شده است. جهش واقعی زمانی آمد که محققان شروع به استفاده از اصول از شیمی سطح و میکروالکترونیک به ابزار بارش کردند.

مجموعه جدید تغییر مواد Surfaces

رابط فیزیکی بین جمع کننده و هیدروتتور اولین نقطه از خطای بالقوه است. فلز سنتی یا سطوح پلاستیکی اجازه می دهد آب به چسبیده، تبخیر یا خاموش کردن مواد پیشرفته در حال حاضر این مشکلات را در سطح مولکولی حل می کند.

پوشش هیدروفوبیک و Superhydrophobic

پوشش های هیدروفوبیک – الهام گرفته از برگ های لوتوس – ایجاد یک لایه آب-بلی با زاویه های تماس بیش از 150 درجه، باعث کاهش قطر به bead و رول بلافاصله هنگامی که برای کاشت داخلی و بطری های نمونه استفاده می شود، این پوشش ها به طور قابل توجهی کاهش آب و تبخیر آزمایشات میدانی از آزمایشگاه ملی طوفان (F0NOAA) را افزایش می دهد.[۱] همچنین دقت پوشش باران را در مقایسه با اندازه گیری نور ۲.

پلیمر های پیشرفته و کامپوزیت

پلیمرهای مهندسی با درجه بالا مانند پلی ایتاترکیون (PEEK) و فلوروپلیپرها مقاومت UV، بی سوادی شیمیایی و هدایت حرارتی پایین را ارائه می دهند، این مواد مانع از جنگ در زیر نور شدید نور خورشید می شوند و تراکم را کاهش می دهند که تولید کنندگان می توانند نمونه های باران کاملا مبتنی بر پلیمر را تولید کنند که وزن یک بخش از پیشینیان فلزی خود را دارند، ساده سازی در شبکه های ضد کربن یا مناطق از راه دور برای گرفتن از راه دور برای برخی از آن ها.

نام انگلیسی: Nanostructured Sensor Surfaces

نانو مواد مانند نانولوله های کربنی، اکسید گرافن و نانوسیم های فلزی می توانند بر بستر سنسور الگوبرداری شوند تا سطح سطح و واکنش پذیری را افزایش دهند.در سنسورهای خازن، یک لایه نانوساختار یافته دی الکتریک (۱) تغییر در خازن را تقویت می کند، زمانی که حتی چند میکرو لیتر آب جمع آوری می شود، این اجازه می دهد تا تشخیص وقایع خشک به عنوان ابزار نور متر مکعبی به عنوان یک الکترود معمولی (۱) در جهت اندازه گیری ماهواره های اندازه گیری فضای مجازی حساس تر از ماهواره های معمولی است.

تکنولوژی های اندازه گیری دیجیتال و Optoالکترونیک

در حالی که مواد رابط جمع آوری را بهبود می بخشد، سنسورها و پردازش داده ها تغییر داده اند که چگونه بارش اندازه گیری می شود. ابزارهای مدرن می توانند توزیع اندازه، سرعت سقوط و فاز را به طور همزمان اندازه گیری کنند.

قابلیت های مقاومت و مقاومت در برابر سنسور

سنسورهای ظرفیتی ثابت دی الکتریک مخلوط آب هوا را اندازه گیری می کنند. [۶] آب شکاف دقیق بین الکترودها را پر می کند، خازن تغییر خطی با حجم آب، قادر به اندازه گیری با وضوح بالا (پرنده آب و هوا) سنسور 1:LT3 با اندازه گیری قدرت مورد نیاز برای تبخیر بارش از یک سطح گرم است.

دیسک های نوری و سنسور های لیزر

سنسورهای نوری، مانند OTT Parsivel و Thies Clima Laser Precipitation Monitor، یک ورق لیزر نازک در سراسر منطقه نمونه برداری را توصیه می کنند، هنگامی که یک هیدروپلور از طریق عبور می کند، شدت نور کاهش می یابد و مدت سیگنال سرعت ذرات را از سرعت و چگالی، دستگاه های کاهش داده شده، دقت کامل و قابل توجه را نشان می دهد.

Remote Sensing و IoT Integration

رادارهای آب و هوایی زمینی (به عنوان مثال، NEXRAD (polarization دوگانه) تخمین میزان بارش باران در مناطق بزرگ با استفاده از بازتابنده، اما نیاز به کالیبراسیون از پیش بینی های داخل و حساس است. اینترنت اشیا (IoT) این شکاف را با اتصال هزاران سنسور کم هزینه از طریق اتصال سلول ها یا لینک های ماهواره ای، تغذیه داده ها به مدل های یادگیری ماشین که پیش بینی بین رادارهای ذخیره سازی آب (NO) را قادر می کند، گزارش فلشینگ های دستی، در حال حاضر با هشدار دهنده هشدارهای فلش نوار هشدار دهنده، گزارش فلش نوار دستی، به صورت خودکار، و یا نوار دستی، می باشد.

مزایای: دقت، زمان و طولانی مدت

همگرایی مواد پیشرفته و سنجش دیجیتال مزایای ملموسی را در طول چرخه عمر اندازه گیری ارائه می دهد.

کاهش خطای اندازه گیری

پوشش های هیدروفوبیک و جمع آوری کنندگان پلیمر، تعصبات سیستماتیک را از از از دست دادن مرطوب و تبخیر کردن سنسورهای نوری به طور کامل با نیاز به یک مجموعه یا مجسمه گرد هم، این نوآوری ها می تواند عدم اطمینان کامل از 15٪ ( سنج استاندارد) به زیر 5% در سیستم های به خوبی نگهداری شده کاهش دهد.

اطلاعات زمان واقعی و عالی راه حل

سنسورهای فعال IoT داده ها را در زمان نزدیک به زمان واقعی انتقال می دهند، اجازه می دهد تا تاسیسات برای تنظیم انتشار مخازن یا مدیریت آب طوفان بلافاصله، وضوح زمانی بالا (Sub-minute) همچنین قله های شدت طوفان های هم تنیده را که برای پیش بینی سیل مهم است، ثبت کند.

قابلیت دور بودن و نگهداری پایین

بدن های پلیمری در برابر خوردگی و تخریب UV بهتر از فلز رنگی مقاومت می کنند. سطوح نانوساختار یافته خود را به برخی از درجه ها تمیز می کنند زیرا قطرات آب گرد و غبار را حمل می کنند. فرکانس کاهش یافته بازدید کالیبراسیون به ویژه برای شبکه های در کشورهای در حال توسعه یا مناطق قطبی مهم است.

مقیاس پذیری برای شبکه های Dense

سنسورهای نوری کم هزینه و صفحات خازن را می توان در پروتزهای 1 در هر 5 کیلومتر ] [FLT: 1 ] در محیط های شهری مستقر کرد، ایجاد نقشه های بارش های بیش از حد محلی.

مرزهای نوظهور: AI، مواد هوشمند و جمعیت

تحقیقات همچنان به فشار آوردن مرزها. الگوریتم های یادگیری ماشین در حال حاضر به طور دقیق بر اساس خواندن سریع باد اندازه گیری می کنند. مواد "هوشمند" که رنگ یا مقاومت الکتریکی را تغییر می دهند، هنگامی که مرطوب برای سنسورهای باران غیر قابل انتقال نمونه گیری می شود، شبکه های علوم شهروندی مانند باران اجتماعی، هیل و اسنو شبکه (CoRaHS) ادغام مشاهدات دستی با سنج های خودکار IoT، ترکیب کیفیت با مقیاس کنترل.

سنسور کوانتومی و Ultra-Precisemetry هیدرو

سنسورهای کوانتومی آزمایشگاهی با استفاده از مراکز نیتروژن- واکسیناسیون در الماس می توانند تغییرات میدان مغناطیسی را از حجم آب دقیقه تشخیص دهند، در حالی که سال ها از استقرار میدان، آنها اندازه گیری دقیق به سطح میکرومتر را وعده می دهند - برای مطالعات جمع آوری مه و اندازه گیری.

Self-Healing and Adaptive Materials

با الهام از ارگانیسم های بیولوژیکی، محققان در حال توسعه پلیمر هایی هستند که خراش ها یا میکرو شکاف هایی را که می توانند آب را به دام بیندازند، مواد تغییر فاز که از هیدروفوبیک به هیدروفیلیک در دمای خاص تغییر می دهند، می توانند کاهش در جمع آوری کنندگان.

نتیجه گیری

نوآوری در پوشش های هیدروفوبیک، سنسورهای نانوساختار، شکاف نوری و اتصال IoT اساساً جمع آوری و اندازه گیری بارش را تغییر می دهند.این ابزارها دقت، جدول زمانی و دوام مورد نیاز برای مدیریت منابع آب در یک آب و هوا در حال تغییر را فراهم می کنند، زیرا مواد و فناوری دیجیتال سرعت بخشیدن به آن، شکاف بین آنچه که ما می توانیم اندازه گیری کنیم و آنچه که ما نیاز داریم برای کاهش دادن شهاب سنگ شناسان، نه داده های آب و نه فقط داده های آب و نه فقط داده های آب و نه فقط داده های آب و نه فقط داده های آب و هوا.