Aux Pluvionautes... concernés par la neige

[mm91]

Ton post est très intéressant et prouve que tu as bien étudié et expérimenté le sujet.

C’est pour cela que je te pose les questions suivantes :

Personnellement, mon pluviomètre à augets basculeurs en cas de chutes de neige abondantes déborde rapidement. Voici comment je procède par temps de neige: je dispose en zone dégagée un récipient suffisament profond dont je calcule exactement la surface de captation S=pi*R² s'il s'agit d'une forme circulaire. A heure fixe, je procède au relevé de hauteur de précipitation comme suit: je pèse précisément le contenu en eau du récipient (après fonte accélerée), j'obtient la masse m en grammes. Connaissant la masse volumique de l'eau "ro", soit environ 1000 g/L à 4°C, il est facile d'obtenir la hauteur d'eau correspondante en L/m² (ou, identiquement, exprimée en mm): h = m/(ro*S).

Par exemple: S=300 cm² = 0,03 m²; m= 100g => h = 100/(1000*0,03) = 3,3 mm (L/m²).

Cette méthode est assez précise et je l'utilise même dans d'autres cas, par exemple pour obtenir une meilleure précision sur un cumul dans un orage...

Je ne comprends pas pourquoi la pesée améliore ta précision ?

Pourquoi ne pas mesurer (ou calculer) directement la hauteur d’eau dans ton récipient ?

D’autre part placer un récipient fausse toujours beaucoup la mesure de la neige quand il y a du vent (turbulences dues au récipient)

Si vous avez oublié d'installer votre récipient! Une autre méthode peut faire l'affaire, certes plus compliquée techniquement et moins précise car nécessitant une opération supplémentaire. Mesurez précisément la hauteur de neige H tombée au sol à l'aide d'un réglet. Au même endroit, prenez un échantillon de neige sur une surface que vous aurez choisie et calculée, S: le volume selectionné est simplement V = H*S; pesez ce volume à l'aide d'une balance (précise à 1 ou 2 g près), ce qui permet d'accéder à la masse volumique de la neige, ro'=m/V. Cela signifie qu'il y a une masse (ro' *H) = x de neige (ou d'eau!) sur une surface de 1m². Autrement dit, en considérant encore une fois la masse volumique de l'eau liquide, ro = 1000 kg/m3, la hauteur h est finalement donnée par h = x/ro = (m*H)/(V*ro) (à convertir en mm!).

Gros avantage ici : pas de récipient qui fausse la mesure et possibilité de faire facilement les prélèvements à plusieurs endroits (et éventuellement faire une moyenne).

Ici je comprends bien l’intérêt de la pesée puisqu’elle évite d’avoir à faire fondre la neige.

Mais pour prélever l’échantillon sur une surface connue, le plus simple et le plus précis n’est-il pas le carottage avec un tube cylindrique ?

Et à partir du moment où tu as ta neige dans le tube, n’est-il pas bien plus simple et plus précis de la faire fondre et de mesurer directement la hauteur d’eau ? Donc là encore sans faire de pesée.

Et oui! Car 80 kg d'eau liquide ou de neige ou de glace, c'est toujours 80 kg! Seul le volume est modifié. Une neige poudreuse est à 80 kg/m3, donc peu dense, tandis qu'une neige de printemps peut être à plus de 400 kg/m3! Dans le premier cas, 1 cm de neige correspondra à une hauteur de 0.8 L/m² (mm) et dans le second, 1 cm renverra à une hauteur de 4 mm, soit 5 fois plus! On voit que pour une masse volumique qui tendrait vers celle de l'eau, on tend naturellement vers l'équivalence 1 cm <=> 10 mm (encore heureux!). Quand la neige se transforme, sa masse volumique augmente. La neige est beaucoup moins dense que la glace (917 kg/m3): une couche de neige renferme beaucoup d'air!

Tout à fait OK.

Mais la conversion de la hauteur de neige en hauteur d’eau après fonte (donc sans pesée) te permet aussi de qualifier la neige.

Si tu veux cette qualification en Kg/m3 (plutôt qu’en rapport de hauteur), tu peux toujours le faire par calcul.

Il est possible que je fasse une erreur quelque part.

Je te remercie donc par avance pour tes réponses.

[jackT]

...Alors pourquoi vouloir la faire fondre artificiellement pour la transformer en eau avec le risque de trouver beaucoup plus que l’eau effectivement récupéré par le sol ?

La pluviomètrie a pour but de mesurer la quantité d'eau qui arrive au sol et non pas la quantité d'eau qui est effectivement récupérée par le sol.

[Cers]

Le souci lorsqu'on est amené à mesurer directement la hauteur d'eau dans le récipient, c'est de pouvoir calculer précisément le volume du récipient. Car pour une surface de captation donnée, le récipient n'a pas forcément la forme des plus simples et le calcul peut se révéler difficile (je pense notamment à une forme évasée). Où bien l'on doit étalonner au préalable notre "pluviomètre" avec plusieurs mesures. De plus, l'on commet aussi inévitablement des erreurs de mesure au réglet. C'est pourquoi je préfère la méthode de la pesée, car seule importe alors la surface de captation. Bien sûr, il y a là aussi une erreur sur la masse.

Quant aux turbulences dues au récipient, il est difficile de les éviter. Je pense qu'un récipient de surface assez grande peut limiter les erreurs; peut-être qu'aussi la forme de la surface de captation à son importance (pour une même surface S, la circonférence d'un carré est plus grande que celle d'un cercle, le rapport étant 2/(racine de pi)), car les turbulences sont sur les bords.

Concernant la deuxième méthode, moi je la trouve difficile à mettre en oeuvre : prendre de la neige sur une surface précise, sur le terrain, avec un tube...Déjà, les surfaces sont inégales. Pour évaluer la hauteur de neige, c'est délicat, cala dépend des endroits. Il y a des surfaces plus fraîches sur lesquelles la neige "tient" plus facilement. On peut être amené à faire une moyenne. Ensuite le problème est toujours le même, la forme du tube en bas...et puis il ne faut pas oublier que l'eau que tu obtiens dans ton tube n'a pas été reçue par la section même du tube!

Quand j'en aurais le temps, j'évaluerais les erreurs de mesures relatives à ces méthodes.

Bonne journée. Adrien.

[mm91]

OK, j'ai bien compris.

Mais effectivement plutôt que de discuter sans beaucoup avancer, la meilleure chose à faire (par toi, par moi, ou par d'autres), c'est ce que tu proposes :

...............

Quand j'en aurais le temps, j'évaluerais les erreurs de mesures relatives à ces méthodes.

Bonne journée. Adrien.

[mm91]

La pluviomètrie a pour but de mesurer la quantité d'eau qui arrive au sol et non pas la quantité d'eau qui est effectivement récupérée par le sol.

Oui, absolument.Je voulais simplement dire qu'il était intéressant de ne pas caractériser la neige uniquement par son équivalent en eau, mais aussi par sa hauteur propre.

C'est pour cette raison que sur mon site j'indique, en plus de la neige recueillie en eau dans le pluviomètre, les hauteurs de neige ( http://icare.cinq.free.fr/meteo/neige_totale.htm )

C'est malheureusement la seule mesure qui n'est pas automatique chez moi.

Il existe de nombreux météo-amateurs qui ont fait des systèmes automatiques très ingénieux

(Voir les nombreux post à ce sujet avec la fonction "recherche")

[Cers]

Je reviens sur les incertitudes de mesures à propos des deux méthodes précédentes.

La première méthode consiste à mesurer la masse m et la surface S du récipient par pi*R², la masse volumique de l'eau étant donnée. La seconde en fait nécessite seulement de mesurer m obtenue pour une surface S choisie sur le terrain. Je rappelle que h représente la hauteur équivalente en eau liquide. La connaissance de H est en fait inutile après réflexion si l'on veut h (on introduirait en effet une erreur supplémentaire sur H), elle permet en revanche de connaître la masse volumique de la neige. Par contre, cette deuxième méthode pose problème si il neige plusieurs fois, auquel cas un cumul va s'ajouter au(x) précédent(s). Il faut alors prendre aux mêmes endroits où bien dégager les surfaces prélablement.

Un développement mathématique fournit immédiatement pour les deux méthodes, et en supposant connue précisément la masse volumique de l'eau:

h = m/(ro*S) ---> erreur relative dh/h = dm/m + dS/S = dm/m + 2dR/R

Dans le premier cas, il faut encore ajouter l'erreur due à la turbulence. Toutefois, en négligeant cette dernière au premier abord, cela donne pour mon matériel par exemple:

dm = 2 grammes; R = 90 mm (+ou-) 2 mm

soit: dh/h = 2/m + 0.044;

Pour différentes valeurs de m:

m = 10g, h = 0.39 mm +- 0.10 mm

m = 40g, h = 1.57 mm +- 0.15 mm

m = 100g, h = 3.93 mm +- 0.25 mm

Je pense que (encore faut-il que la forme du récipient soit simple pour calculer son volume), la mesure directe de la hauteur fournirait une erreur plus importante: erreur sur le volume + erreur sur h.

Les erreurs dues à la turbulence sont effacées avec l'autre méthode mais la mesure de S et le prélèvement sont plus délicats sur le terrain.

De toute façon, seule une étude expérimentale permettrait de mieux comparer les méthodes employées. Mais cela demande du temps: ce n'est pas tous les jours qu'il neige!

[Cers]

Ce matin, 7h, j'ai effectué le relevé de cette nuit (il a neigé); voici les résultats (différents!) que j'ai obtenu:

Méthode 1: h1 = 1.85 mm d'eau (récipient)

Méthode 2: h2 = 1.28 mm d'eau (hauteur de neige H = 2.1 cm sur cette surface)

Hauteur moyenne de neige tombée au sol: 2.3 cm

On remarque tout de suite h1 > h2. Toutefois, ce n'est vraiment pas significatif, je n'ai fais qu'une mesure.

Par ailleurs, en calculant la masse volumique de la neige dans les deux cas, on obtient:

80 kg/m3 (1) et 61 kg/m3 (neige légère)

Je me pose par contre une question: dans quel sens (surestimation ou sousestimation) la turbulence due au récipient modifie t-elle le résultat?

J'ai également évalué au passage la masse volumique de la neige sur une autre surface où la neige s'est accumulée depuis plusieurs jours:

m = 83g sur S=pi*0.065² m², H = 6 cm => masse volumique de 104 kg/m3; c'est tout fait normal pour une neige au sol qui a pu se tranformer et se tasser un peu.

[alex67]

Et pour ceux qui ont une Vantage Pro2, que faire?

Enlever le cône et récupérer la neige fondue dans un récipient avant le faire couler l'eau obtenue dans le cône remis en place?

Car cela fait plus d'une semaine que la neige est présente et malgré la légère fonte au sol depuis hier avec des Tx légèrement positive (autour de 2°), le pluvio ne réagit toujours pas avec seulement 0,4mm de fonte.

Mais il reste beaucoup de neige dans le cône et avec la pluie prévue dimanche cela va forcément fausser les mesures.

Merci d'avance pour vos conseils.

[mm91]

Merci à Cers pour ses mesures et ses commentaires.

Pour sa question sur les sens de l'influence des turbulence, je n'ai pas de réponse.

Je me demande si ce n'est pas variable (surestimation ou sousestimation) suivant les cas (récipient, vent, hauteur, emplacement, etc.)

Pour répondre à Alex 67, moi je lui conseillerai vivement de laisser faire et d'attendre la fonte naturelle (même si la pluie arrive elle entraînera la neige fondue dans le pluvio).

Justement il est très intéressant de voir ce que tu mesures, sans rien toucher, en laissant faire.

Ici je n'avais rien touché depuis 11 jours.

Voir ci-dessous:

Ici, depuis le 4 janvier 2010 (3 épisodes de neige)

- cumul neige mesuré au sol (cumul de la mesure de chaque épisode) : 147 mm

- pluviomètre manuel : 15.2 mm (après fonte naturelle de la neige)

- pluviomètre automatique (La Crosse WS2300) : 12.9 mm (après fonte naturelle de la neige)

(les deux pluviomètre sont calibrés à l’identique pour la pluie)

Le pluviomètre manuel ayant une surface plus petite, ce ne peut être que lui qui a perdu le plus de neige par débordement, mais je n’en ai pas observé beaucoup.

La plus faible quantité d’eau recueillie par le pluvio automatique doit donc provenir d’un plus grande évaporation de la neige ?

Le rapport de hauteur neige / pluie est d’environ 10/1 ce qui correspond d’après le tableau de Boudu34 à une neige « ordinaire »

Le simple calcul donne pour la neige une masse volumique de 100 K/m3 (dix fois moins que l'eau)

Ce qui est à peu près le cas (2 épisodes de neige très légère et 1 épisode de neige lourde).

Je continuerai donc certainement de procéder de la même façon à l'avenir:

laisser fondre naturellement et mesurer séparément les hauteurs de neige au sol et les hauteurs d'eau.

Remarque:

actuellement la neige a juste fini de fondre dans mes pluviomètres, mais il en reste encore pas mal au sol.

Voir éventuellement les détails des épisodes neigeux 2009-2010 : http://icare.cinq.free.fr/meteo/neige_2009_2010.htm

(et depuis 2005: http://icare.cinq.free.fr/meteo/neige_totale.htm )

Voir aussi un exemple d'une journée de fonte:

celà n'a pas du tout la même allure que la pluie qui est beaucoup plus irrégulière:

http://icare.cinq.free.fr/meteo/2010/20100114.gif

[sylver19]

Et pour ceux qui ont une Vantage Pro2, que faire?

Enlever le cône et récupérer la neige fondue dans un récipient avant le faire couler l'eau obtenue dans le cône remis en place?

Car cela fait plus d'une semaine que la neige est présente et malgré la légère fonte au sol depuis hier avec des Tx légèrement positive (autour de 2°), le pluvio ne réagit toujours pas avec seulement 0,4mm de fonte.

Mais il reste beaucoup de neige dans le cône et avec la pluie prévue dimanche cela va forcément fausser les mesures.

Merci d'avance pour vos conseils.

Acheter le rechauffeur de pluvio.

[alex67]

Merci mm91 pour le conseil mais en fait j'ai commencé à faire fondre la neige du cône de la VP2 à 16h15 donc c'est trop tard.

Je fais couler l'eau de fonte dans mon pluvio manuel et j'en étais à 10mm tout à l'heure à ce pluvio mais le problème est que je viens de m'apercevoir qu'il est troué au-dessus de la graduation 10mm (il a éclaté à cause de l'eau gelée qu'il contenait).

Heureusement que j'avais mis un verre en-dessous comme ça je ne perdrais rien.

Lorsque la fonte sera terminée, je remettrais le cône de la VP2 sur l'ISS et je verserais doucement l'eau récoltée dedans pour voir ce que dit le pluvio de la Vantage.

A priori il devrait facilement y avoir plus de 10mm car rien n'avait fondu depuis plus d'une semaine et demi et l'équivalent neige est de plus de 15cm tombés depuis cette période.

Cette neige était poudreuse donc contenant moins d'eau mais on verra le résultat.

Cependant le vent bien présent notamment lors des chutes de vendredi et samedi dernier faussera peut-être un peu la mesure car pas sur que le cône ait récolté toute la neige légère balayée par le vent de NE.

Je donnerais le résultat tout à l'heure...

Acheter le rechauffeur de pluvio.

Oui mais acheter un réchauffeur de pluvio à 200 euros (je ne sais pas le prix exact mais ça doit au moins être ça si ce n'est plus) pour quelques jours de neige dans l'année, bon quand même 20 à 30 ici mais souvent ça fond assez rapidement, je ne trouve pas ça trop utile.

En montagne où la neige est souvent présente en période hivernale je suis d'accord c'est très utile mais pour la plaine je n'investirais pas là-dedans... /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20">

[mm91]

Acheter le rechauffeur de pluvio.

d'abord c'est trop tard, sa neige aura certainement fondue avant de le recevoir !Ensuite je pense que le réchauffeur (attention de bien l'éloigner du thermomètre !) est valable pour les régions à forte chute de neige pour éviter les débordements.

Mes mesures (voir plus haut) montrent plutôt que même avec 10 cm de neige les résultats restent très cohérents.

Tout le problème est de savoir les probabilités de fortes chutes de neige (supérieures à 10 cm) ?

[mm91]

...............

en fait j'ai commencé à faire fondre la neige du cône de la VP2 à 16h15 donc c'est trop tard.

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Je parierai que tu es jeune (l'impatience !)

Lors de la fonte en intérérieur beaucoup s'en va par évaporation.

Ces derniers temps, chaque fois que je sortais dans le jardin je mettais plein de neige sur le tapis; je ne l'ai jamais vu mouillé !

Donne nous les hauteurs mesurées dans les tes deux pluvios, la hauteur totale (mesurée à chaque épisode) et une estimation de la qualité de la neige pour voir la cohérence.

Pour le vent on ne sais pas dans quel sens ça joue ?

[pat42]

Je parierai que tu es jeune (l'impatience !)

Lors de la fonte en intérérieur beaucoup s'en va par évaporation.

Ces derniers temps, chaque fois que je sortais dans le jardin je mettais plein de neige sur le tapis; je ne l'ai jamais vu mouillé !

Donne nous les hauteurs mesurées dans les tes deux pluvios, la hauteur totale (mesurée à chaque épisode) et une estimation de la qualité de la neige pour voir la cohérence.

Pour le vent on ne sais pas dans quel sens ça joue ?

Bonjour,Il y a des inconvénients à attendre la "fonte naturelle" :

- "l'évaporation naturelle" fausse aussi la hauteur d'eau,

- en cas de dégel partiel suivi à nouveau de gel, le pluviomètre peut se fissurer (c'est arrivé à mon SPIEA),

- les chutes de neige ne sont pas affectées au jour où elles ont lieu, et s'il pleut, elles se confondent avec la pluie.

Je pense que la solution de la "fonte lente forcée" (donc en plaçant le pluviomètre dans un environnement pas trop chaud) est la meilleure...

Mais peu pratique à appliquer car nécessite du temps, une présence sur place et un pluvio de remplacement (le temps de la fonte).

La technique de Cers est très intéressante, mais pas évidente non plus en cas de chutes de neige consécutives sur plusieurs jours.

La méthode la plus simple serait de peser la neige tombée dans un grand seau de section connue (comme expliqué plus haut je crois)... mais il y a les incertitudes dues aux turbulences et à la "bordure" du seau...

Sinon, je pense à la solution du sel, mais au risque d'endommager le matériel...