雨量計

気象学者のジョージ・ジェームズ・シモンズは、 1860年に『英国降雨量年鑑』の初版を刊行した。この先駆的な著作には、イングランドとウェールズの168か所の陸上観測所からの降雨量記録が収録されていた。彼は1863年に英国気象学会の評議員に選出され、英国諸島の降雨量を調査することを生涯の仕事とした。彼は自主的な観測者ネットワークを構築し、彼らが収集したデータを分析のために彼に送り返した。この取り組みは非常に成功し、1866年までには降雨量の分布を公平に表す結果を示すことができ、記録者の数は徐々に増加し、彼が編集に携わった最後の『英国降雨量年鑑』1899年版には、3,528か所の観測所（イングランドとウェールズ で2,894か所、スコットランドで446か所、アイルランドで188か所）からのデータが収録された。彼はまた、100年以上前の古い降雨量記録も収集した。 1870年、彼は1725年から始まるイギリス諸島の降雨量に関する記録を発表した。

観測者の数がますます増えたため、測定器の標準化が必要になった。シモンズは自分の庭で新しい測定器の実験を始めた。彼は大きさ、形、高さを変えたさまざまなモデルを試した。1863年、彼はウィルトシャー州カルネのマイケル・フォスター・ウォード[14]と共同研究を開始し、ウォードはより広範^な調査を行った。ウォードやイギリス各地のさまざまな人々が参加し、調査は1890年まで続いた。これらの実験は、計画、実行、結論の導き出しにおいて注目に値するものであった。これらの実験の結果、現在でも英国気象庁で使用されている有名な標準測定器、すなわち「...銅製で、直径5インチの漏斗があり、真鍮製の縁が地面から1フィート上にある...」^{[ 15 ]が徐々に採用されるに至った。}  

現代の雨量計のほとんどは、一定期間に収集された降水量を高さミリメートルで測定し、これは平方メートルあたりのリットルに相当します。以前は、雨量はインチまたはポイントで記録されており、1ポイントは0.254  mmまたは0.01インチに相当します。^{[ 16 ]}

雨量計の測定値は、手動または自動気象観測装置（AWS）によって読み取られます。測定頻度は、データ収集機関の要件によって異なります。一部の国では、人口密度の低い地域で降水量データ（およびその他の気象データ）を取得するために、有給の気象観測員に加えてボランティアのネットワークを活用しています。

ほとんどの場合、降水量は保存されませんが、一部の観測所では、汚染物質の濃度を測定するために、降雨量や降雪量を検査のために提出しています。

雨量計には限界があります。熱帯低気圧の中で降雨データを収集しようとすると、風の強さから（たとえ機器が無事だったとしても）ほぼ不可能で信頼性に欠けます。また、雨量計は局地的な降雨量しか示しません。事実上どの雨量計でも、雨滴は収集装置の側面や漏斗に付着するため、降雨量はごくわずかに過小評価され、0.01 インチや0.25mmといった微量な降雨量も「痕跡 」として記録されることがあります。

もう一つの問題は、気温が氷点下に近い、あるいは氷点下の場合です。雨が漏斗に降り注ぎ、ゲージ内に氷や雪が溜まり、その後の雨を遮断してしまうことがあります。これを軽減するために、ゲージには自動電気ヒーターが装備され、水分を集める面やセンサーの温度を氷点よりわずかに高い状態に保つことができます。

雨量計は、建物や樹木、その他の障害物がなく、雨が遮られることのない開けた場所に設置する必要があります。これは、雨が降った後に建物の屋根や樹木の葉に溜まった水が雨量計に滴り落ち、測定値が不正確になるのを防ぐためです。雨量計は、一定期間に降った降水量を把握するのに役立ちます。

20 世紀初頭に開発された米国国立気象局の標準的な雨量計は、直径 2.525 インチ (64.1 mm) の金属製目盛付きシリンダーに流れ込む 8 インチ (200 mm) の漏斗で構成されており、直径 8 インチ (200 mm)、高さ 20 インチ (510 mm) の大きな容器の中に収まります^。雨水が目盛付き^内側シリンダーから溢れた場合、大きな外側容器がそれを受け止めます。測定を行うときは、小さな目盛付きシリンダー内の水の高さを測定し、大きな容器の余分な溢れを別の目盛付きシリンダーに慎重に注ぎ、測定して総降雨量を求めます。^{[ 18 ]}データの改ざんにつながる可能性のある漏れを防ぐために、コーン メーターが使用されることがあります。メートル法を使用している地域では、シリンダーは通常 mm 単位で目盛されており、最大250 mm (9.8インチ)の降雨量を測定できます。          

円筒の各水平線は0.5 mm（0.02インチ）です。ヤード・ポンド法を使用する地域で作成された設計では、各水平線は0.01インチ（0.25 mm）を表します。    

降雨強度計（またはジャルディの降雨強度計）は、一定時間内の平均降雨強度を測定する装置です。当初はカタルーニャの降雨パターンを記録するために設計されましたが、最終的には世界中に広まりました。^{[ 19 ]}

これはフィードバックの原理を利用しています 。流入する水がブイを押し上げ、下部の「調整円錐針」が容器に入る水と同じ量の水を通過させるようにし、このようにして 、針がドラム上に毎秒通過する水の量（1平方メートルあたりの降雨量ミリメートル）を記録します。

これは、一定速度で回転するドラムで構成されており、このドラムは目盛りの付いた厚紙を引きずります。横軸には時間が、縦軸には降雨量（mm）が示されています。この降雨量は、ブイによって駆動される垂直方向に移動するペンで記録され、紙に時間の経過に伴う降雨量がマークされます。厚紙は通常1日分です。

雨が降ると、漏斗で集められた水が容器に流れ込み、ブイが上昇します。これによりペンアームが垂直方向に上昇し、それに応じて厚紙に印が付けられます。降雨量が一定であれば、容器内の水位は一定に保たれ、ドラムが回転する間、ペンの印は降雨量に比例したほぼ水平線になります。ペンが記録用紙の上端に達すると、ブイが「タンクの高い位置」にあり、円錐形の針の先端が調整穴を露出させる位置、つまり装置が記録できる最大流量に達したことを意味します。雨が急激に弱まり、容器が空になるにつれてブイが急速に下がると、その動きは急な傾斜線に対応し、雨が止むと記録された厚紙の底まで達する可能性があります。

降雨強度計により、特にバルセロナ（95年間）では長年にわたり降水量を記録することができたほか、香港など世界中の多くの場所でも記録されている。^{[ 19 ] [ 20 ]}

重量式降水量計は、質量を記録するために重量を測定する貯蔵容器で構成されています。一部のモデルでは、回転ドラム上のペンを使用して質量を測定するか、データロガーに取り付けられた振動ワイヤーを使用して質量を測定します。^{[ 9 ]}このタイプの計器は、転倒バケツ式計器に比べて、激しい雨を過小評価しないこと、雨、雹、雪などの他の形態の降水も測定できることが利点です。ただし、これらの計器は転倒バケツ式計器よりも高価で、より多くのメンテナンスが必要です。

重量式記録計には、その場所の大気中に含まれる化学物質の量を測定する装置が組み込まれている場合もある。これは、大気中に放出された温室効果ガスの影響や、酸性雨のレベルへの影響を研究する科学者にとって非常に役立つ。一部の自動地上観測システム（ASOS）ユニットは、AWPAG（全天候型降水量計）と呼ばれる自動重量式計を使用している。

転倒式雨量計は、降雨を集めて小さなシーソー状の容器に導く漏斗で構成されています。あらかじめ設定された量の降雨があると、レバーが傾いて集められた水を排出し、電気信号を送ります。旧式の記録装置は、収集器から送られる信号ごとに1回転するギアホイールに取り付けられたアームにペンが取り付けられている場合があります。この設計では、ホイールが回転するとペンアームが上下に動き、グラフ上に痕跡を残すと同時に大きな「カチッ」という音を発します。

転倒バケツ式雨量計は、レバーが傾く前に降雨が止むことがあるため、標準雨量計ほど正確ではありません。次の降雨期間が始まると、レバーが傾くのに必要なのは 1 または 2 滴だけかもしれません。そうなると、実際に降った量がその量のほんの一部であるにもかかわらず、あらかじめ設定された量が降ったと表示されてしまいます。転倒バケツ式雨量計は、特に降雪や豪雨の場合には、降雨量を過小評価する傾向があります。^{[ 21 ] [ 22 ]}転倒バケツ式雨量計の利点は、降雨の性質 (小、中、大) を容易に取得できることです。降雨の性質は、設定された期間 (通常 1 時間) に降った総降雨量によって決定され、その期間中のパルスの数を数えます。高強度降雨のデータを補正する方法として、データにアルゴリズムを適用できます。

現代の転倒式雨量計は、支点の上にバランスよく配置されたプラスチック製の集水器で構成されています。集水器が傾くと、スイッチ（リードスイッチなど）が作動し、そのデータが電子的に記録されるか、遠隔地の収集ステーションに送信されます。

転倒式雨量計には、重量式雨量計の要素も組み込むことができ、ひずみゲージを収集バケツに固定することで、いつでも正確な降雨量を読み取ることができます。収集バケツが傾くたびに、ひずみゲージ（重量センサー）はゼロ点調整され、ドリフトが補正されます。

凍結降水の水分当量を測定するために、転倒バケツを加熱して、漏斗に詰まった氷や雪を溶かすことがあります。加熱機構がない場合、凍結降水イベント中に漏斗が詰まることが多く、そのため降水量を測定できません。多くの自動地上観測システム（ASOS）ユニットは、降水量を測定するために加熱転倒バケツを使用しています。^{[ 23 ]}

このタイプの水位計は、一列に並んだ集水漏斗を備えています。それぞれの漏斗の下にある密閉空間には、レーザーダイオードとフォトトランジスタ検出器が配置されています。一滴の水が集まると、底から滴り落ち、レーザー光路に入ります。センサーはレーザー光に対して直角に配置されているため、十分な光が散乱され、突然の閃光として検出されます。これらの光検出器からの閃光は読み取られ、送信または記録されます。数十年にわたり、さまざまな種類の光学式距離計が使用されてきました。技術も進歩しています。

音響式雨滴計（ハイドロフォンとも呼ばれる）は、雨が測定器内の水面に当たると、各雨滴サイズの音響特性を感知することができる。各音響特性は固有のものであるため、水中音場を反転させて雨滴サイズ分布を推定することが可能である。雨滴サイズ分布の特定のモーメントから、降雨強度、降雨量、その他の降雨特性が得られる。^{[ 24 ]}