正確な降水量測定は、洪水予測と農業計画から水資源管理と気候モデリングに至るまですべてに支持されます。 10年間、科学者は単純な機械的ゲージと手動の観察に依存しています。 しかし、より高い解像度の必要性として、リアルタイムデータが成長し、材料科学とデジタル技術は、コレクションと測定機器の新しい世代を生成するために収束しています。 これらの革新は蒸発損失を削減し、軽い降水に対する感度を高め、そして継続的な監視を可能にし、これらの気象学を促進します。 これらは、気象学の研究者が、実験的な研究者や実験的な研究者を研究する、実験的な研究者、実験的な研究機関、実験的な研究機関、実験的な研究機関、実験的な研究機関、実験的な研究機関、実験的な研究機関、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験施設、実験

歴史のコンテキスト: キャン・アンド・シックから現代ゲージへ

標準的な雨計—必然的に漏斗と卒業シリンダー - 数世紀に少し変わった。 ナショナル・ウェザー・サービスの標準8インチゲージはまだ広く使用されているが、それはよく知られている制限に苦しむ:風によって誘発されたアンダーキャッチ、熱間蒸発、および雨、雪、および雹の間で区別することができない。 マニュアル読書はまた、人間の間違いと遅延を導入する。 これらの欠点は、より良い材料と自動センシングのための検索を動機づけました。

初期の試みからレッスン

重量ベースレコーダー(計量ゲージ)とチップバックット機構が自動化を改良したが、機械的摩耗、凍結問題、限られた解像度に直面した。研究者が表面化学とマイクロエレクトロニクスから沈殿物の計測に原則を適用し始めたとき、実際の飛躍は来た。

新たな素材の変革コレクション表面

コレクタとハイドロメテア間の物理的なインターフェイスは、潜在的なエラーの最初のポイントです。 従来の金属またはプラスチック表面は、水が明白、蒸発、またはスプラッシュアウトすることを可能にします。 高度な材料は、分子レベルでこれらの問題に対処します。

疎水性および超疎水性コーティング

蓮葉にインスパイアされた超疎水性コーティングは、水に反する層を150°を超える接触角で作成し、小麦を即座に引き起こさせます。漏斗のインテリアやサンプルボトルに塗布すると、これらのコーティングは水付着や蒸発を大幅に削減します。フィールドテストからNOAA国立ストワーム研究所は、コーティングされたゲージが2〜55°Cの精度を向上させることができることを示しました。雨の予想よりも、より信頼性の高いコーティングを増加させます。

ポリマー・複合材料

ポリエーテルケトン(PEEK)やフルオロポリマーなどの高品位エンジニアリングポリマーは、UV耐性、化学的不活性、低熱伝導性を提供します。これらの材料は、激しい日光の下での歪みを防ぎ、微小な沈降を抑える凝縮を低減します。製造業者は現在、金属製の先物の分量を量る完全ポリマーベースのレインゲージを生成し、ブイネットワークやリモートマウンテンキャッチメントの展開を簡素化します。一部の設計は、耐火物に弱い炭素を組み込むために、耐火物に使用されます。

ナノ構造センサー表面

ナノマテリアルは、炭素ナノチューブ、酸化物、金属ナノワイヤなどのナノマテリアルをセンサー基板にパターン化し、表面面積と反応性を向上させることができます。ナノ構造の誘電層は、水収集の微小リットルでさえ、容量の変化を増幅します。これにより、従来のチップバケットよりも0.1 mm以上の敏感な点で、ドリスルイベントの検出が可能になります。 N]グローバル電極測定のミッションは、[FLT]の1:[FLT]の構成要素が形成されるようにします。[FLT]:[F]:[F]:[F]]:[F]]]:[F]]]]:[F]]]]:[F]:[F]]]:[F]]:[F]]:[F]]:[F]:[F]]:[:[:[:[:[:[:[:]]]]]]]]]]:[:[:[:[:[:[:[:[:[:[:[:[:[:[:]]]]]]]]]]]]]]]]

デジタル・光電計測技術

素材はコレクションインターフェイスを改善し、センサーおよびデータ処理は、沈殿がどのように定量化されるかを変換しました。 近代的な機器は、ドロップサイズ分布、落下速度、およびフェーズを同時に測定することができます。

容量性および抵抗センサー

静電センサは、空気水混合の誘電率を測定します。 電極間の正確なギャップを埋めるので、静電容量は水量と線形に変化し、高分解能測定を可能にします。 抵抗(ホットプレート)センサーは、加熱された表面から降水量を蒸発させるために必要な電力を測定することによって動作します。 どちらの技術も、疫病の漏斗ゲージが風効果に免疫があります。 ]Vaisala PTU3[FLT]1:温度センサは、温度測定器に使用されます。

光学式変電器およびレーザー センサー

OTT Parsivel2]やThies Clima Laser Precipitation Monitorなどの光学センサーは、サンプリングエリアを横断する薄いレーザーシートを投影します。 ハイドロメテアが通過すると、光の強度が低下し、信号の長さは粒子速度を与えます。 速度と広さから、落下直径が誘導されます。 これらのデバイスは、雨、雪、グラウペル、および耐油を分類することができます。 それらは、驚くべき分布を推定するために、 [FLT] 測定器は、測定器のサイズを正確に示すようにします。 [F]

リモートセンシングとIoT統合

地上波レーダー(例えば、NEXRADデュアル偏光)は、反射率を使用して大きな領域上の降雨率を推定しますが、直流ゲージからの校正が必要です。 物事のインターネット(IoT)は、数千の低コストセンサーをセルラーまたは衛星リンクを介して接続することにより、このギャップを埋め、レーダーピクセル間でインターポレートする機械学習モデルにデータを供給します。 内蔵のLTEモデムを備えたスマートレインゲージは、毎分報告し、フラッシュフラッシュ-FLAT-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F

利点: 正確さ、適度および長寿

先進材料とデジタルセンシングの融合により、測定ライフサイクル全体で有形な利点が得られます。

測定エラーを削減

疎水性コーティングとポリマーコレクターは、濡れた損失と蒸発から系統的なバイアスを下げます。光学センサーは、コレクションのオリフィを必要としないで完全にアンダーキャッチをバイパスします。 一緒に、これらの革新は、十分な維持されたシステムで、15%(標準ゲージ)から5%未満までトータル測定の不確実性を損なうことができます。

リアルタイム・高分解能データ

IoT 対応センサーは、ほぼリアルタイムでデータを送信し、保守的なリリースやストームウォーター管理を即座に調整できます。高温度分解能(分)も、爆発的な洪水予測に最も重要である対称性ストームの強度ピークをキャプチャします。

耐久性とメンテナンスの低減

ポリマーボディは、塗装された金属よりも腐食とUV分解に抵抗します。ナノ構造の表面は、水滴が埃を運ぶため、いくつかの程度にセルフクリーニングです。校正の頻度が減少するのは、途上国や極地域のネットワークにとって特に重要です。

密なネットワークのスケーラビリティ

低コストの光学センサーと容量性プレートは、都市環境で1/5 km[2]の密度で展開し、高地降雨マップを作成することができます。このようなネットワークは、下水道過流監視、農業灌漑スケジューリング、および保険リスクモデリングをサポートしています。

新興フロンティア:AI、スマートマテリアル、クラウドソーシング

研究開発は、境界線をプッシュし続けます。機械学習アルゴリズムは、風速読書に基づいて正しいゲージのアンダーキャッチを補正しました。湿ったときに色や電気抵抗を変更するスマート素材は、放散タイプの雨センサーのためにプロトタイプ化されています。コミュニティの共同雨、雹&雪ネットワーク(CoRaHS)のような市民科学ネットワークは、自動IoTゲージで手動観察を統合し、スケールで品質管理をブレンドします。

量子センサーおよび超精密水質測定

ダイヤモンドの窒素空室センターを用いた実験量子センサは、微細な水量から磁場の転位を検知できます。フィールドの展開から年々、霧収集研究や露測定に便利なマイクロメータレベルに測定精度を約束します。

自己治癒および適応材料

生物体に触発され、研究者は水を引き付けることができる傷かマイクロひびを癒すポリマーを開発しています。特定の温度で疎水性から親水性に転換する相変化材料は、コレクターのicingを減らすことができます。

コンテンツ

疎水性コーティング、ナノ構造センサー、光学式変速機、およびIoT接続におけるイノベーションは、根本的に予測コレクションと測定を見直しています。これらのツールは、気候変動の気候で水資源を管理するために必要な精度、適時性、耐久性を提供します。材料科学とデジタル技術が加速するにつれて、私たちが測定できるものと、私たちが縮小し続けなければならないものの間のギャップ。気象学者、水星学者、気候科学者にとって、予測の未来は、単にデータ収集できないものでした。