La precipitación es la evaluación cuantitativa de la lluvia , su naturaleza ( lluvia , nieve , aguanieve , niebla ) y distribución. Se calcula mediante varias técnicas. Para ello se utilizan varios instrumentos, de los cuales el pluviógrafo es el más conocido. La unidad de medida varía dependiendo de si el tipo de precipitación es sólida o líquida, pero se reduce a milímetros de equivalencia de agua por metro cuadrado de superficie a efectos de comparación. Cualquier precipitación de menos de 0,1 mm se denomina " traza ".
Las precipitaciones, junto con la distribución de la temperatura terrestre, condicionan los climas terrestres, la naturaleza y el funcionamiento de los ecosistemas, así como su productividad primaria . Es uno de los factores que condicionan el desarrollo de las sociedades humanas y, por tanto, una cuestión geopolítica .
Los seres humanos han estado buscando durante siglos predecir mejor las lluvias, tormentas e inundaciones, incluso manipular el clima por medios mágicos ( danzas de lluvia ) o tecnológicos ( lluvias artificiales ).
Las primeras mediciones conocidas de las cantidades de lluvia conocidas fueron realizadas por los griegos alrededor del año 500 a. C. BC Cien años después, en India , la población usaba cuencos para recolectar agua de lluvia y medir la cantidad. En ambos casos, la medición de estas cantidades de agua de lluvia ayudó a estimar los rendimientos futuros de los cultivos .
En el libro de Arthashâstra usado en el reino de Magadha , se establecieron estándares para la producción de granos y cada granero en el estado tenía un pluviómetro para propósitos de impuestos. En Israel , desde la II ª siglo aC. AD , los escritos religiosos mencionan la medición de las lluvias con fines agrícolas.
En 1441 en Corea , el científico Jang Yeong-sil desarrolló el primer pluviómetro de bronce estándar, llamado " Cheugugi " , para su uso a través de una red nacional. En 1639, el italiano Benedetto Castelli , discípulo de Galileo , realizó las primeras mediciones de precipitación en Europa para conocer el aporte de agua de un episodio lluvioso para el lago Trasimeno . Había calibrado un recipiente de vidrio cilíndrico con una cantidad conocida de agua y había marcado el nivel correspondiente en el cilindro. Luego expuso el recipiente a la lluvia y marcó cada hora, con un marcador, el nivel alcanzado por el agua. En 1662, el inglés Christopher Wren desarrolló el primer pluviómetro de cubo , o pluviógrafo, que asoció al año siguiente con un meteógrafo, un dispositivo que registra varios parámetros meteorológicos como la temperatura del aire, la dirección del viento y las precipitaciones. Su pluviómetro constaba de un embudo receptor y tres compartimentos que se turnaban recogiendo la precipitación cada hora. En 1670, el inglés Robert Hooke también utilizó un pluviómetro de cubo. En 1863, George James Symons fue nombrado miembro de la junta directiva de la sociedad meteorológica británica , donde pasó el resto de su vida midiendo las precipitaciones sobre las islas británicas . Creó una red de voluntarios que le enviaron medidas. Symons también tomó nota de varios datos históricos sobre precipitaciones lluviosas en las islas. En 1870 publicó un relato que data de 1725.
Con el desarrollo de la meteorología , se está extendiendo la toma de medidas de los diversos parámetros de la atmósfera terrestre . Los pluviómetros están mejorando, pero los principios básicos siguen siendo los mismos. En Francia , la asociación meteorológica creada por Urbain Le Verrier distribuyó el pluviómetro “Asociación”. Los nuevos instrumentos se desarrollan en el XX ° siglo cuyos radares que cubren áreas amplias, y los satélites que se pueden observar la superficie de toda la tierra en lugar de puntos específicos. La mejora de sus sensores ahora permite ver mejor las pequeñas variaciones en la lluvia sin quitar la importancia de las mediciones in situ . En las últimas décadas, la precisión de la predicción de precipitaciones ha mejorado hasta el nivel regional y luego local (hasta el nivel de calles y vecindarios). Las imágenes satelitales y los avances en el modelado y la gestión de macrodatos han logrado avances considerables, pero con importantes costos financieros.
El sistema climático de la Tierra está impulsado esencialmente por dos elementos: la atmósfera y el océano. Estas dos masas gobiernan todo el sistema climático global, generado por el importante intercambio de energía entre ellas. La energía recibida directamente del Sol, en forma de ondas cortas, es captada en gran parte en las zonas intertropicales porque es allí donde la intensidad de los rayos solares es la más importante y la más regular por el eje de rotación de la Tierra que da luz solar casi perpendicular al ecuador y pastando en los polos. Finalmente, la radiación es captada por los mares y los continentes según el albedo de su superficie y la vegetación que cubre los continentes. Entonces, el témpano de hielo refleja hacia el espacio una gran cantidad de energía mientras que el mar la absorbe de manera significativa.
La circulación atmosférica inducida por estos intercambios de calor varía en detalle de un día a otro, pero el desplazamiento general de las masas de aire es relativamente constante y depende de la latitud. Hay tres zonas de circulación del viento entre el ecuador y los polos . La primera zona es la de Hadley que se ubica entre el ecuador y 30 grados N y S donde encontramos vientos regulares que soplan del noreste en el hemisferio norte y del sureste en el sur: los alisios . Se asocia en el norte con anticiclones semipermanentes donde reina el buen tiempo pero también desiertos con escasas precipitaciones. Por el contrario, cerca del ecuador, está la zona de convergencia intertropical que da lluvias abundantes.
La segunda zona de circulación del viento se encuentra en latitudes medias. Las depresiones se desarrollan allí en todas partes en una previsibilidad a veces cercana de la teoría del caos , pero todo el camino de la circulación atmosférica es estable y depende del equilibrio entre la distribución de la presión atmosférica y la fuerza de Coriolis debida a la rotación. Estos sistemas se mueven bajo una circulación de altitud generalmente desde el oeste, esta es la celda de Ferrel . Dan precipitaciones de varios tipos que se alternan con un clima despejado. Por último viene la célula polar, que se encuentra en el norte y al sur de 60 ° paralelo con una circulación superficial suele serlo. El aire es frío y relativamente seco, por lo que las depresiones que lo afectan dan pocas acumulaciones, materializándose estas últimas gran parte del año en forma de nieve.
Sin embargo, el relieve también tiene un gran impacto en la cantidad de precipitación recibida, debido a los efectos de potenciación si el flujo de aire sube por la pendiente o por el contrario lo disminuye aguas abajo de los obstáculos. Por lo tanto, hay mucha lluvia en la costa oeste de las Américas, con la circulación proveniente del Océano Pacífico y desiertos interiores aguas abajo de los macizos, como el desierto de Taklamakán aguas abajo del Himalaya (ver sombra de lluvia ).
La precipitación también se organiza de diferentes formas: en grandes áreas, en bandas de precipitación o aisladas. Depende de la estabilidad de la masa de aire , los movimientos verticales en ella y los efectos locales. Por lo tanto, antes de un frente cálido , las precipitaciones serán principalmente estratiformes y cubrirán varios cientos de kilómetros de ancho y profundidad. Por otro lado, ante un frente frío o en un ciclón tropical , la precipitación formará bandas delgadas que pueden extenderse lateralmente a grandes distancias. Finalmente, un aguacero producirá precipitaciones de unos pocos kilómetros cuadrados a la vez.
Los resultados de un estudio, basado en datos de lluvia diaria de 185 sitios de alta calidad de estaciones de observación de la Red de Superficie del Sistema Global de Observación del Clima dispersos en América del Norte, Eurasia y Australia (pero no en América del Sur ni África) entre 50 ° grados norte y latitud sur (es decir, entre las dos zonas polares) se publicaron en 2018. Las observaciones se recopilaron durante 16 años (de 1999 a 2014), un período lo suficientemente largo como para borrar las variaciones anuales debidas a El Niño y otros ciclos climáticos de corto plazo.
Según este estudio:
Las influencias combinadas de la latitud, la topografía y la distancia al mar dan como resultado una distribución de precipitaciones muy variable en toda Europa, que va desde menos de 400 mm / año en partes de la región mediterránea y las llanuras centrales de Europa hasta más de 1000 mm / año a lo largo de la costa. Costas atlánticas desde España hasta Noruega, los Alpes y su extensión oriental. Gran parte de esta precipitación se pierde como evapotranspiración y la "precipitación efectiva" restante no supera los 250 mm / año en la mayor parte de Europa. En partes del sur de Europa, la precipitación real es inferior a 50 mm / año . Las precipitaciones en Europa han aumentado en general durante el XX ° siglo, el aumento de un 6 a un 8% en promedio entre 1901 y 2005. Las grandes diferencias geográficas parecen, sin embargo, especialmente en el Mediterráneo y en Europa del Este. Además, se han producido cambios estacionales, incluido un aumento de las precipitaciones invernales en la mayor parte de Europa occidental y septentrional y una disminución en el sur de Europa y partes de Europa central. Los modelos climáticos predicen un futuro aumento general de las precipitaciones en el norte de Europa y una disminución en el sur de Europa.
La clasificación de los climas se basa en la precipitación y la temperatura. La más conocida es la clasificación de Köppen que divide la Tierra en cinco climas principales: tropical (A), seco (B), latitud media suave (C), latitud media fría (D) y polar (E). Luego, cada uno de estos climas se divide en subclimas según las precipitaciones. Nótese el gran parecido entre la imagen de la derecha y la de la precipitación anual en la sección anterior.
Estos parámetros climáticos determinan el tipo de vegetación de una zona, la fauna que vivirá allí, así como la densidad de poblaciones. Como la forma de vida humana depende del ecosistema y la disponibilidad de agua, también se puede clasificar en gran medida según las precipitaciones. Por ejemplo, la agricultura solo es posible con un suministro regular de agua proveniente directamente de las precipitaciones o de los ríos, que a su vez se alimentan de las precipitaciones. Por otro lado, un clima seco alentará a las poblaciones a los nomadismos para seguir los recursos disponibles de fauna y flora, o para alimentar a sus rebaños.
El exceso de lluvia también tiene importantes consecuencias. El aguacero o uno con un ciclón tropical pueden producir inundaciones importantes, los deslizamientos de tierra o deslizamientos de tierra que abruman la infraestructura diseñada para eventos normales. Se les atribuyen muchas muertes.
La calidad del aire puede influir cuantitativamente en la formación de lluvia de varias formas:
Así, en Estados Unidos se nota un "efecto fin de semana" . La probabilidad de que aumenten las precipitaciones picos el sábado, luego de cinco días de acumulación de contaminantes atmosféricos durante la semana, especialmente en las zonas más cálidas. Densamente pobladas y ubicadas cerca del este costa donde había en el momento del estudio ( 1998 ) un aumento del 22% en la probabilidad de lluvia el sábado en comparación con el lunes.
Además, se forman burbujas de calor en las ciudades y por encima de ellas, pero también (de + 0,6 ° C a + 5,6 ° C) por encima de los suburbios y las zonas rurales. Este calor adicional modifica las corrientes ascendentes, lo que puede contribuir a los componentes tormentosos del clima. La tasa de lluvia aguas arriba de las ciudades (en relación con la dirección del viento) ha aumentado, por tanto, del 48% al 116%. En parte debido a este calentamiento, la precipitación mensual promedio es aproximadamente un 28% más alta en una distancia entre 32 y 64 km aguas abajo de la ciudad (aguas abajo de la dirección del viento).
Algunas ciudades inducen un aumento en la precipitación total estimada en 51%. Este fenómeno podría incrementarse fuertemente en Asia (debido al crecimiento conjunto de las ciudades, el automóvil y el uso del carbón).
Un estudio de 2018 (sección Constantes ) también analizó los efectos del aumento de las concentraciones de CO 2 previstas. Probó 36 modelos climáticos diferentes para simular las tendencias de las precipitaciones entre 2020 y finales de siglo, en particular para el período 2085-2100 en el caso de un escenario de 936 partes por millón (ppm) de CO 2 en 2100 (frente a 408 ppm). en 2018). Los resultados muestran que las lluvias torrenciales podrían ser aún más violentas: entre 1985 y 2100 la mitad de la precipitación anual podría caer en 11 días en lugar de 12, mientras que las lluvias anuales totales también podrían aumentar.
Para las temperaturas, la Corriente del Golfo no cambia significativamente, pero el calentamiento resultará en un simple cambio geográfico y altitudinal en las zonas climáticas. En el caso de las precipitaciones, el cambio en las precipitaciones en respuesta al cambio climático debería ser más complejo. Los modelos no predicen que todas las lluvias aumentarán un poco; sólo unas pocas lluvias torrenciales cada año deberían ser aún más excepcionales. Así, en la escala de resolución espacial de los modelos de 2018 (100 a 200 km aproximadamente), en el caso de un escenario de altas emisiones de gases de efecto invernadero (GEI):
En la estación meteorológica, el cambio es aún más obvio: la mitad del cambio en la precipitación ocurrirá durante los 6 días más lluviosos del año y las lluvias inusualmente fuertes constituirán una parte creciente de la precipitación anual total.
Las inundaciones y las sequías podrían ser más graves; los autores concluyen que "en lugar de esperar más lluvia en general, la sociedad necesita tomar medidas para hacer frente a pocos cambios la mayor parte del tiempo, pero algunas lluvias torrenciales más que hoy".
Por tanto, la pluviometría estudia la variación anual y diaria de las cantidades y tipos de precipitación para clasificar el clima de las regiones. También estudia el período de retorno de eventos excepcionales como sequías y lluvias torrenciales que provocan inundaciones. Se utilizan varios instrumentos para esto y la resolución de un instrumento en particular da la cantidad mínima medible que puede informar.
Cualquier precipitación de agua equivalente de menos de 0,1 mm se considera traza . Esto se debe a que es una cantidad mayor que cero, pero que es menor que la cantidad más pequeña que pueden medir los dispositivos estándar. Esto es importante tanto para la verificación del pronóstico del tiempo como para fines climatológicos, ya que incluso cantidades de precipitación demasiado pequeñas para ser medidas pueden tener impactos sociales significativos.
El pluviómetro es un instrumento de medición que se utiliza para encontrar la cantidad de lluvia que ha caído sobre un área. Su uso asume que el agua de precipitación se distribuye uniformemente en la región y no está sujeta a evaporación . La medida se suele expresar en milímetros o litros por metro cuadrado, o metros cúbicos por hectárea para la agricultura (1 mm = 1 l / m 2 = 10 m 3 / ha para el agua). Consta de dos partes importantes:
El colector debe colocarse a una altura suficiente, generalmente a un metro del suelo, ya una distancia de varios metros de otros objetos para que no se encuentre agua del rebote en el suelo o de estos objetos. Los bordes del collar del pluviómetro deben estar biselados en el exterior para limitar la incertidumbre del goteo que gotea desde el exterior del cono de recolección.
El medidor de nieve parece un pluviómetro pero mucho más grande. Consta de un embudo (campana) abierto hacia arriba y un cilindro extraíble en su interior. La forma de la campana ayuda a reducir la turbulencia sobre el avión para recoger mejor la nieve en el cilindro. Se apoya sobre un pie cuya altura se puede regular durante el invierno, a medida que aumenta la nieve en el suelo. El operador retira el cilindro después de una nevada y lo derrite para medir la profundidad del agua que contiene. La medición también se puede realizar en tiempo real mientras un elemento calefactor derrite la nieve y la variación de peso da la cantidad de agua equivalente caída.
La mesa de nieve es una especie de mesa pintada de blanco, que suele medir 930 cm 2 , que normalmente se coloca en el suelo o encima de la capa de nieve anterior. El lugar ideal para colocar una mesa de nieve es en un área plana grande, lejos de edificios y árboles donde el viento tiene poca influencia para formar ventisqueros . La mayoría de las tablas de snowboard siguen siendo tradicionales con una simple regla vertical en el centro para medir la profundidad de la nieve. Algunos complementan el sistema de medición de la altura de la nieve con una cámara web para lectura analógica remota, en tiempo real o con actualización variable.
Uno de los principales usos de los radares meteorológicos es poder detectar la precipitación a distancia para usos hidrométricos . Por ejemplo, servicios de control de caudal de ríos, alerta de inundaciones , planificación de presas , etc. todos necesitan saber las cantidades de lluvia y nieve que caen en grandes áreas. El radar complementa idealmente una red de pluviómetros al extender la recopilación de datos a un área grande, la red se utiliza para su calibración .
Sin embargo, algunos artefactos pueden confundirse con los datos reales al volver al radar. Para tener una estimación más exacta de las acumulaciones, será necesario filtrarlas antes de producir estos mapas de acumulación.
Los satélites meteorológicos son radiómetros para medir la temperatura de la atmósfera y los hidrometeoros en ella. Operan en el espectro infrarrojo . Los primeros instrumentos sólo "miraban" a unas pocas longitudes de onda, mientras que las nuevas generaciones dividen este espectro en más de 10 canales. Algunos también están equipados con radares para medir la tasa de precipitación.
En los países pobres, algunas regiones siguen estando poco cubiertas por las observaciones directas, así como por los sistemas de teledetección por radar y la predicción meteorológica. La padecen agricultores, pescadores, criadores y marineros. Esto puede cambiar pronto con la expansión de las redes de telefonía móvil inalámbrica a áreas remotas, ya que el contenido de agua en el aire afecta la difusión de microondas que son absorbidas en parte por el agua. La técnica de radio ocultación ya permitía deducir información de interés meteorológico debido a la ocultación de parte de la señal de radio enviada por los satélites hacia la tierra ( Aplicación del GPS en meteorología ). Ya en 2006, los investigadores demostraron que la cantidad de precipitación en un área se puede evaluar comparando los cambios en la intensidad de la señal entre las torres de comunicación. En ambos casos, los investigadores deben tener acceso a datos militares o de propiedad comercial de compañías de telecomunicaciones o telefonía móvil, lo que ha obstaculizado la investigación, pero las experiencias recientes en Europa y África muestran, por un lado, que la meteorología podría beneficiarse del análisis de estos datos y su integración en modelos de predicción, y por otro lado que los países pobres podrían beneficiarse de predicciones menos costosas para ellos.
Una " startup " creada el 2 de abril de 2017 en Boston, Mass., ClimaCell, dice que puede combinar datos de señales de microondas con otros datos meteorológicos para crear pronósticos inmediatos de alta resolución (a nivel de calle) con tres horas de anticipación a los caídos y Cantidades decrecientes. Ella menciona que podría hacerlo seis horas antes de finales de 2017, según un método aún confidencial (no publicado en una revista científica revisada por pares). Esta empresa lanzará comercialmente su "producto" en los Estados Unidos y otros países desarrollados, pero planea implementarlo rápidamente (a fines de 2017) en la India y otros países en desarrollo, potencialmente donde la gente usa. Teléfonos celulares, pero compite con el proyecto de un grupo de investigadores europeos e israelíes que han probado sistemas multiescala que se basan en la reciente creación de un consorcio que utiliza software de código abierto . Este grupo coordinado por Aart Overeem (hidrometeorólogo del Real Instituto Meteorológico de los Países Bajos ) está recibiendo un apoyo de casi 5 millones de euros de la Comisión Europea para desarrollar un prototipo de un sistema de monitorización de precipitaciones que probablemente 'se implante en Europa y África. La tecnología fue probada con éxito en 2012 en los Países Bajos y en 2015 en Gotemburgo (donde el Instituto Sueco de Meteorología e Hidrología (SMHI) recopila alrededor de 6 millones de datos por día en la ciudad, gracias a la empresa de telecomunicaciones Ericsson y un operador de transmisor ( Tower), que permite una estimación minuto a minuto de la precipitación con una resolución de 500 metros sobre la ciudad de Gotemburgo.
Los datos basados únicamente en microondas a menudo tienden a sobreestimar la magnitud de la precipitación (hasta 200 o incluso 300%), pero el consorcio dice que ha corregido con éxito este sesgo sin la necesidad de datos de referencia de pluviómetros o radares meteorológicos terrestres. . En 2012, un equipo dirigido por Marielle Gosset (hidróloga del Instituto Francés de Investigación para el Desarrollo) probó con éxito esta solución en Burkina Faso y desde entonces la ha desarrollado en otros países ( Níger en particular). Una asociación con Orange y la financiación del Banco Mundial y las Naciones Unidas deberían permitir un desarrollo equivalente en Marruecos y Camerún antes de finales de 2017.
| Duración | Localidad | Con fecha de | Altura (mm) |
|---|---|---|---|
| 1 minuto | Unionville, Estados Unidos (según OMM) Barot, Guadalupe (según Météo-France) |
4 de julio de 1956 26 de noviembre de 1970 |
31,2 38 |
| 30 minutos | Sikeshugou, Hebei , China | 3 de julio de 1974 | 280 |
| 1 hora | Holt , Misuri, Estados Unidos | 22 de junio de 1947 | 305 en 42 minutos |
| 2 horas | Yujiawanzi, China | 19/07/1975 | 489 |
| 4.5 horas | Smethport, Pensilvania | 18/07/1942 | 782 |
| 12 horas | Foc-foc, Reunión | el 08/01/1966 (ciclón Denise) | 1,144 |
| 24 horas | Foc-foc, Reunión | del 07 al 08/01/1966 (ciclón Denise) | 1.825 |
| 48 horas | Cherrapunji , India | del 15 al 16/06/1995 | 2,493 |
| 3 días | Commerson , Reunión | del 24 al 26/02/2007 Cyclone Gamède | 3 929 |
| 4 días | Commerson, Reunión | del 24 al 27/02/2007 Cyclone Gamède | 4.869 |
| 8 dias | Commerson, Reunión | del 20 al 27/02/2007 Cyclone Gamède | 5 510 |
| 10 días | Commerson, Reunión | del 18 al 27/01/1980 Ciclón Hyacinthe | 5 678 |
| 15 días | Commerson, Reunión | del 14 al 28/01/1980 Ciclón Hyacinthe | 6.083 |
| 1 mes | Cherrapunji, India | Julio 1861 | 9.296,4 |
| 1 año | Cherrapunji, India | Agosto de 1860 a agosto de 1861 | 26 466,8 |
| 2 años | Cherrapunji, India | 1860 y 1861 | 40 768 |
| media anual | Mawsynram , India | media anual | 11 872 |
Por un lado, la precipitación más baja del mundo se reporta en Arica (Chile) donde no cayó ni una gota durante 173 meses desde octubre de 1903 hasta enero de 1918. Por continente, los lugares más secos por acumulación anual son:
Además, varios sitios en el mundo tienen precipitaciones anuales superiores a 7.000 mm :
Registros de precipitaciones en Francia continental:
La cantidad de nieve acumulada es importante para conocer la progresión de los glaciares, la escorrentía primaveral y el clima. Se expresa como el equivalente en agua de la nieve derretida para uso de lluvia, pero los registros generalmente se dan en centímetros de nieve por período: