מדדי משקעים מתועדים בכל דבר מחיזוי הצפה והתכנון החקלאי לניהול משאבי מים ומודלי אקלים.במשך עשרות שנים, מדענים התבססו על מדדים מכניים פשוטים ותצפיות ידניות.אבל כצורך ברזולוציה גבוהה יותר, נתונים בזמן אמת גדלו, חומרים מדעיים וטכנולוגיות דיגיטליות התכנסו כדי לייצר דור חדש של איסוף ומדידה.

ארכיון התגים: From Can-and-Stick to Modern Gauges

מדד גשם סטנדרטי – למעשה משפך וגלינדר בוגר – השתנה מעט במאות.מדד 8 אינץ' של שירות מזג האוויר הלאומי עדיין בשימוש נרחב, אך הוא סובל ממגבלות ידועות: תת-קרקעית, evaporation במהלך תקופות חמות, וחוסר יכולת להבחין בין גשם, שלג ורד.

שיעורים מניסיונות מוקדמים

שיאים מבוססי משקל (מדדי הפחתת משקל) ומנגנוני קידוד טיפינג שיפרו את האוטומציה, אך עדיין נתקלו בלבוש מכני, בעיות מקפיאות ורזולוציה מוגבלת.הקפיצה האמיתית הגיעה כאשר החוקרים החלו ליישם עקרונות מכימיה ומיקרואלקטרוניקה למשקעים.

חומרים חדשים שגורמים לאוסף Surfaces

הממשק הפיזי בין האספנים לבין הידרומטראור הוא הנקודה הראשונה של טעות פוטנציאלית.משטחי מתכת מסורתיים או פלסטיק מאפשרים מים להיצמד, להתאדות, או מתיז חומרים מתקדמים עכשיו לטפל בבעיות אלה ברמה המולקולרית.

הידרופובי וסופריופוביות מתקפלות

ציפויים סופר-hydrophobic - בהשראת עלים הלוטוס - ליצור שכבת מים עם זוויות מגע גדול מ-150 מעלות, מה שגורם טיפות להיותad ולהירק מיד.כאשר החלים על גבי משטחים פטרייתיים ובקבוקים מדגם, ציפויים אלה להפחית באופן משמעותי את דבקות המים והערכה של טמפרטורות שדה מ-FLT:0NO Nationale Storme Stormes הראו ירידה של 25% לעומת טמפרטורות גשם.

פולימרים מתקדמים ו- Composites

פולימרים הנדסיים ברמה גבוהה כגון פוליאכאןקטון (PEEK) ופלואופולמרים מציעים התנגדות UV, אינרציה כימית ו מוליכות תרמית נמוכה.חומרים אלה מונעים התפוצצות תחת אור השמש אינטנסיבי ולהפחית את ההדבקה שיכולה לחקות משקעים. יצרנים עכשיו לייצר מדידות גשם המבוססים על פולימר לחלוטין, שמשקלו שבריר מקודמי המתכת שלהם, מפשטות על פריסה על buoy או רשתות מרוחקות.

משטחים של חיישן

ננו חומרי גלם כמו צינורות פחמן, תחמוצת גרפן, וננווט מתכתי ניתן לעצב על חיישן substrates כדי להגדיל את שטח פני השטח ואת פעילות מחדש. בחיישנים קיבוליביים, שכבת דיאלקטרי nanostructured amplifing את השינוי ב capacitance כאשר אפילו כמה מיקרוליטים של מים לאסוף.זה מאפשר זיהוי של אירועים דחיפים כמו 0.1 מ"מ לשעה - פעמים יותר מאשר קבוצות אלקטרו-NAF-מצפויות רגילות.

טכנולוגיות דיגיטליות ואופטוטו-אלקטרוניות

בעוד חומרים לשפר את ממשק האוסף, חיישנים ועיבוד נתונים שינו את האופן שבו המשקעים מוגדרים.מכשירים מודרניים יכולים למדוד את חלוקת גודל הירידה, מהירות הסתיו, ואת השלב בו זמנית.

חיישן Capacitive ו Resistive

חיישנים קפצויים מודדים את הקבוע הדיאלקטרי של תערובת המים.כפי מים ממלאים פער מדויק בין אלקטרודות, את השינויים הכנפיים עם נפח מים, המאפשר מדידות ברזולוציה גבוהה. חיישנים עמידים (לוח חם) פועלים על ידי מדידה הכוח הנדרש כדי לנטרל משקעים אוטומטיים משטח מחומם.

דיסנדרמטר אופטי וחיישנים לייזר

חיישנים אופטיים, כגון OTT ParsivelFLT:0rea2FLT:1 ו Thies Cliesma לייזר Precipitation Monitor, פרויקט גיליון לייזר דק על פני שטח דגימה.כאשר הידרומטר עובר דרך, טיפות אור עוצמת טיפות, ואת משך האות נותן את מהירות החלקיק.

אינטגרציה מרחוק ו-IoT

מכ"מ מזג אוויר מבוסס קרקע (למשל, NEXRAD דו קוטביות) מעריך את שיעורי הגשמים על פני אזורים גדולים באמצעות רפלקטיביות, אך דורש קליברציה ממדדי החלפת האינטרנט של הדברים (IoT) מגשרים פער זה על ידי חיבור אלפי חיישנים זולים של Office באמצעות קישורי סלולרי או לווייני, הזנה נתונים למודלים של למידת מכונה, אשר בין פיקסלים חכמים, לבין תחזיות של אפילפטפטפטפטפטפטפטפטפטמות, כמו: 0 עד כה מאפשרות חיזוי של נתונים של 1F-פולציה ביום.

יתרונות: דמוקרטיה, זמן, וארוכות

ההתכנסות של חומרים מתקדמים ורגישויות דיגיטליות מספקת יתרונות מוחשיים על פני מחזור חיי המדידה.

שגיאה מופחתת

ציפוי הידרופובי ואספן פולימר מורידים הטיות שיטתיות מאובדן רטוב והערכה.חיישנים אופטיים לעקוף מתחת ל-5% לחלוטין על ידי לא צורך אוסף או מרכזי. ביחד, חידושים אלה יכולים ללקות אי הוודאות של המדידה הכוללת מ 15% (מד סטנדרטי) ל- מתחת ל-5% במערכות בעלות היטב.

מידע בזמן אמת ורזולוציה גבוהה

חיישנים בעלי יכולת IoT מעבירים נתונים תוך זמן קצר, ומאפשרים לכלי עבודה להתאים את מאגרי המאגר או ניהול מים סערה באופן מיידי.רזולוציה גבוהה של זמן (בקיצור של דקות) גם ללכוד את שיאי הסערות המאוחדות החשובים ביותר לחיזוי הצפה הבזק.

יציבות ותחזוקה נמוכה

גופים פולימרים מתנגדים לשחיתות ושפל UV טוב יותר מאשר מתכת צבועה.משטחים nanostructured הם ניקוי עצמי במידה מסוימת כי טיפות מים לשאת אבק.התדירות מופחתת של ביקורים קליברציה חשובה במיוחד עבור רשתות במדינות מתפתחות או אזורי הקוטב.

סקלאלה ל- Dense Networks

חיישנים אופטיים זולים והצלחות קיבוליות ניתן לפרוס במגוון של 1 ל 5 ק"מFcioLT:0 [27] בסביבות עירוניות, יצירת מפות גשמים היפרקלוריות.רשתות כאלה לתמוך בתפירה על ניטור זרימה, תזמון השקיה בחקלאות וביטוח סיכון מודל.

גבולות מתעוררים: בינה מלאכותית, חומרים חכמים, ו Crowd-Sourcing

המחקר ממשיך לדחוף את הגבולות.מכונות למידה אלגוריתמים עכשיו מד מדויק תחת ספירת קריאה מהירה רוחית. "חומר חכם" שמשנים צבע או התנגדות חשמלית כאשר רטוב הם אבטיפוס עבור חיישנים גשם מסוג הניתוק. רשתות מדע אזרחיות כמו גן עדן משותף הקהילה, Hail & Snow Network (CoRaHS) משלבים תצפיות ידניות עם מדפסים אוטומטיים של IoT, תוך כדי שליטה איכותית בקנה מידה.

חיישן קוונטי ו- Ultra-Precise hydrometry

חיישנים קוונטיים בקנה מידה מעבדה באמצעות מרכזי חנקן-vacancy ביהלומים יכולים לזהות שינויים שדה מגנטיים מנפח מים דק. בעוד שנים מפריסת שדה, הם מבטיחים מדידות מדויקות לרמה המיקרומטר - שימושיות למחקרי איסוף ערפל ומדידת דה-ו.

חומרי ההולכה וההתאמה

בהשראת אורגניזמים ביולוגיים, החוקרים מפתחים פולימרים אשר מרפאים שריטות או מיקרו-קracks שיכולים ללכוד מים.שלב חומרים לעבור הידרופובי הידרופילי בטמפרטורות מסוימות יכול להפחית את הפחתת החנק על אספנים.

מסקנה

חידושים בציפוי הידרופובי, חיישנים ננו, דיסדרומטרים אופטיים, וקישוריות IoT מעצבים מחדש ביסודה איסוף משקעים ומדידה.כלים אלה מספקים את הדיוק, הזמן והעמידות הדרושים לניהול משאבי מים באקלים משתנה.כפי שמדע החומרים והטכנולוגיה הדיגיטלית מאיצים, הפער בין מה שאנחנו יכולים למדוד לבין מה שאנחנו צריכים לדעת ממשיך לכווץ.