MANCLIM Manuel d'obervations climatologiques : précipitations

• 2.1 Notions générales
• 2.2 Équipement
• 2.3 Mesure des précipitations
• 2.4 Enregistrement des observations des précipitations

2.1 Généralités

En météorologie, on entend par « précipitations » les particules d’eau, sous forme liquide ou solide, qui se forment quand la vapeur d’eau passe en phase liquide ou solide et se dépose sur la surface de la Terre. La quantité de précipitations, exprimée en millimètres (mm), est l’épaisseur de la lame d’eau qui se serait accumulée si la surface de la Terre était horizontale et qu’aucune fraction de l’eau n’ait été perdue par ruissellement ou évaporation, ni absorbée dans le sol.

Les précipitations peuvent tomber sous les formes suivantes :

• Liquide,
• verglaçante (se congelant),
• solide.

2.1.1 Précipitations liquides

Les précipitations composées de très petites gouttelettes d’eau (moins de 0,5 mm de diamètre), trop petites pour causer des rides visibles sur la surface d’une eau calme, sont appelées « bruine». Ces gouttelettes suivent les plus faibles courants aériens et semblent presque flotter dans l’air en tombant vers le sol.

Les précipitations composées de gouttelettes de tailles diverses (pour la plupart d’un diamètre supérieur à 0,5 mm) sont appelées « pluie ».

2.1.2 Précipitations verglaçantes

Lorsque les gouttelettes de bruine gèlent en entrant en contact avec des objets non réchauffés à la surface de la Terre ou à proximité, on parle de « bruine verglaçante ».

La pluie qui gèle en entrant en contact avec des objets non réchauffés à la surface de la Terre ou à proximité est appelée « pluie verglaçante ».

2.1.3 Précipitations solides

La neige, la neige roulée, la neige en grains et les granules de glace font partie de la catégorie des précipitations solides.

La neige est une précipitation composée surtout de cristaux de glace hexagonaux, la plupart en forme d’étoile et généralement regroupés en flocons.

La neige roulée se présente sous la forme de petites billes blanches et opaques, d’un diamètre compris entre 2 et 5 mm, qui, en général, rebondissent et se brisent en frappant une surface dure.

La neige en grains se compose de très petits grains blancs et opaques, de structure comparable à la neige. Ces grains sont quelque peu aplatis ou allongés, avec un diamètre généralement inférieur à 1 mm. En tombant sur une surface dure, ils ne rebondissent pas ni ne se brisent. Ils tombent généralement en petites quantités.

Les granules de glace sont de petits grains de glace qui se forment quand les gouttes de pluie gèlent avant d’atteindre le sol. Ils peuvent aussi se former quand des grains de neige se recouvrent d’une mince couche de glace avant de toucher le sol. Les granules de glace ont un diamètre de 5 mm ou moins. En général, ils rebondissent en faisant du bruit lorsqu’ils frappent une surface dure.

La grêle est une précipitation de petits globules ou morceaux (grêlons) de glace, d’un diamètre variant de 5 mm à 50 mm ou plus. Ces billes de glace peuvent se former séparément ou se souder en blocs irréguliers. Les grêlons peuvent être composés d’une série de couches de glace transparentes, ou d’une alternance de couches transparentes et de couches translucides, les couches ayant au moins 1 mm d’épaisseur. Si on coupe le grêlon en deux, les couches font penser à celles d’un oignon.

2.2 Équipement

L’équipement normalement fourni pour la mesure des précipitations est le suivant :

• Un pluviomètre de type B
• Une règle à neige

2.2.1 Pluviomètre de type B (grande capacité)

Ce pluviomètre est utilisé pour mesurer les précipitations tant liquides que verglaçantes, ainsi que la grêle. Le pluviomètre de type B a été conçu pour éliminer la perte de données due au débordement de l’eau pendant les orages violents ou après une longue période d’exposition. Il se compose d’un entonnoir collecteur, d’un contenant extérieur, d’un contenant intérieur gradué fait de plastique haute résistance, d’un support métallique de fixation et de nivellement, et d’un pieu tubulaire.

Parmi ses autres caractéristiques :

• grande capacité - plus de 250 mm de pluie;
• l’entonnoir collecteur se déverse directement dans l’éprouvette graduée, qui peut contenir 25 mm de pluie;
• le pluviomètre peut être mis de niveau rapidement et facilement en ajustement le bras de nivellement.

Figure 2-1 : Pluviomètre de type B (collecteur, entonnoir et éprouvette graduée)

2.2.2 Règle à neige

La règle à neige est une règle de un mètre de longueur, graduée en incréments de 0,2 cm. On l’utilise pour mesurer la neige fraîchement tombée et l’accumulation de neige sur le sol.

2.3 Mesure des précipitations

La mesure des précipitations présente deux catégories, selon leur fome :

• Pluie,
• Neige.

2.3.1 Mesure de la pluie

Pour déterminer la quantité de pluie, on utilise le pluviomètre de type B afin de recueillir et de mesurer la quantité de pluie, de bruine, de pluie verglaçante, de bruine verglaçante et de grêle. La quantité de pluie est toujours mesurée au multiple de 0,2 mm le plus proche.

2.3.2 Utilisation - pluviomètre de type-B

Les instructions générales ci-dessous doivent être suivies dans l’utilisation du pluviomètre :

• On devrait examiner le pluviomètre avant chaque observation pour s’assurer qu’il n’a pas été endommagé et qu’aucune obstruction ne lui fait écran.
• Vérifier que l’entonnoir ne comporte pas d’obstructions, telles que des feuillies, de l’herbe ou de la terre, qui pourraient empêcher l’eau de s’écouler dans les bacs collecteurs.
• Le bord supérieur du pluviomètre doit être gardé horizontal. Au printemps, vérifier souvent le nivellement du pluviomètre, parce qu’il pourrait être affecté par un soulèvement du sol dû au gel.
• L’éprouvette graduée du pluviomètre doit être maintenue propre pour que le niveau de l’eau reste facile à lire. Comme l’éprouvée reste dans le pluviomètre, elle risque davantage de recevoir de la poussière ou des corps étrangers. On peut la nettoyer à l’eau et au savon doux, avec une éponge ou un goupillon. Le réservoir extérieur devrait aussi être nettoyé à mesure des besoins.
• Ne pas laisser l’herbe pousser jusqu’à une hauteur de plus de cinq centimètres (cm) dans un rayon d’environ deux mètres (m) autour du pluviomètre.

Par temps froid, l’observateur devrait essayer de faire en sorte de ne manquer aucune mesure des chutes de pluie. Dans les régions où il peut pleuvoir n’importe quel mois de l’année, le pluviomètre devrait rester exposé en tout temps. Cependant, si le pluviomètre est aussi exposé aux chutes de neige, les accumulations de neige et de glace devraient être enlevées de l’intérieur du pluviomètre et autour.

Dans les régions où il s’écoulera probablement plusieurs mois sans pluie pendant l’hiver, on peut enlever le pluviomètre de son support et le stocker à l’intérieur. Dans ce cas, les observateurs doivent être très attentifs aux conditions météorologiques générales, puisqu’il leur incombe de faire en sorte que toutes les occurrences de pluie soient mesurées. Si les conditions sont propices à la pluie ou à la pluie verglaçante, le pluviomètre devrait être mis en état de recueillir la pluie, comme suit :

• Ramener le pluviomètre à l’extérieur, à sa position déterminée.
• S’assurer que l’entonnoir et le bac de collecte sont exempts de neige, de glace et de poussière.

2.3.3 Mesure de la pluie -pluviomètre de type-B

Les chutes de pluie allant jusqu’à 25 mm peuvent être lues directement de l’éprouvette graduée. Il n’est pas nécessaire d’enlever l’éprouvette de l’entonnoir collecteur; pour la vider après la mesure, il suffit de renverser l’entonnoir et l’éprouvette qui y est fixée.

Pour déterminer le niveau de l’eau dans l’éprouvette graduée en plastique, la manière correcte est de lire la hauteur de la partie la plus basse de la surface courbe de l’eau, ou ménisque. Si le bas du ménisque se situe entre deux graduations, la valeur est celle de la graduation la plus proche voir la (figure 2-2). Dans les cas où le niveau serait exactement à mi-distance entre deux graduations, la valeur enregistrée est la valeur intermédiaire (impaire), p.  ex. 0,3 mm. Les quantités de précipitations inférieures ou égales à 0,2 mm sont extrêmement difficiles à mesurer. Si le niveau du ménisque est en dessous de la graduation 0,2 mm, donc à moins de 0,2 mm, la quantité sera appelée « trace », enregistrée par la lettre « T » dans l’application COOLTAP ou IVR.

Pour les quantités de pluie supérieures à 25 mm, l’eau déborde dans le bac extérieur. La procédure de mesure de l’eau ainsi déversée est la suivante :

• Noter la quantité d’eau dans l’éprouvette graduée (25 mm) sans enlever l’entonnoir;
• En gardant l’entonnoir fixé à l’éprouvette, vider celle-ci;
• Transvaser l’eau du bac de collecte jusqu’à une quantité inférieure à 25 mm. Verser l’eau lentement pour éviter qu’elle se répande ou déborde;
• Noter cette quantité et vider l’éprouvette;
• Répéter la procédure, en notant chaque mesure, jusqu’à ce que toute l’eau du bac ait été mesurée;
• Additionner les valeurs enregistrées.

Les chutes de pluie extrêmement abondantes ont une très grande importance pour les statistiques; plus la pluie a été abondante, plus on devrait apporter de soin à la mesurer et à éviter toute perte par débordement ou autre.

À l’occasion, il peut arriver que l’eau gèle dans le bac ou dans l’entonnoir. Si c’est le cas, verser une quantité mesurée d’eau chaude dans l’appareil (p. ex., à l’aide d’une éprouvette de rechange ou d’une tasse à mesurer) pour faire fondre complètement la glace présente dans l’entonnoir et le bac. On peut ensuite déterminer la quantité de pluie en soustrayant la quantité d’eau chaude ajourée de la mesure totale.

Par exemple :

• La mesure de l’eau chaude est de 4,6 mm;
• La mesure de l’eau chaude plus la glace est de 8,4 mm;
• Soustraire la mesure de l’eau chaude du total : (8,4 mm - 4,6 mm);
• Quantité de pluie = 3,8 mm.

Si, pour une raison quelconque, le bac extérieur déborde et qu’on perd une partie de l’eau de pluie, la chose devrait être notée dans la section « Commentaires » du message COOLTAP. Dans ces cas, il serait utile que l’observateur vérifie si la pluie abondante en question n’a pas pu être recueillie dans un autre contenant (exposé convenablement), comme une boîte de conserve ou un seau, mesure la profondeur d’eau dans ce contenant à l’aide d’une règle ordinaire, et enregistre cette valeur dans la section « Commentaires ».

Dans le cas où il pleuvrait à un moment où le pluviomètre n’est pas déployé, pendant une pluie inattendue en hiver, par exemple, il faudra estimer la quantité de pluie tombée et enregistrer cette valeur dans la section « Commentaires » du message COOLTAP.

Figure 2-2 : Lecture de l’éprouvette graduée

2.3.4 Mesure de la neige

Quand il a neigé sans poudrerie, la quantité de neige est facile à mesurer à l’aide de la règle à neige standard, qui a un mètre (m) de longueur et est graduée en centimètres (cm) et cinquièmes de centimètre (c.-à-d., 0,2 cm). Dans un endroit où la neige est tombée sans être perturbée par le vent, on insère la neige verticalement jusqu’à la profondeur de nouvelle neige tombée depuis la dernière observation. On devrait le faire à plusieurs endroits. La moyenne de ces épaisseurs de nouvelle neige constituera la chute de neige, et sera enregistrée au multiple de 0,2 cm le plus proche. Une « trace » de neige est une quantité de moins de 0,2 cm, enregistrée par la lettre « T » dans l’application COOLTAP. Les traces doivent être enregistrées, mais deux traces ou plus ne donnent toujours qu’une trace.

Une fois la mesure de la neige enregistrée, il faudrait balayer l’endroit pour en enlever la neige, de manière que la prochaine chute de neige soit enregistrée avec exactitude. Une table à neige peut être un outil précieux, car elle fournit une surface constante de mesure de la chute de neige; il peut s’agir d’une feuille de contreplaqué mesurant au moins un mètre carré. C’est la solution recommandée pour les endroits où le site de mesure de la neige n’est pas idéal. Quand on utilise une table à neige, il peut être utile de la couvrir d’une flanelle blanche pour minimiser la fonte. La peinture blanche, quoique moins efficace, peut jouer ce rôle. Sinon, le SMC peut fournir une table à neige Weaver 2000.

Quand il y a eu de la poudrerie, il est très difficile de mesurer la neige, et il n’existe pas encore de méthode pleinement satisfaisante pour le faire. Les mesures de la quantité de neige en conditions de poudrerie exigent beaucoup de jugement et d’attention de la part de l’observateur. Lorsque la neige a été chassée par le vent, il faudrait mesurer l’épaisseur de neige fraîche dans les bancs de neige et dans les endroits exposés; l’observateur devrait ensuite estimer l’épaisseur de neige qui se serait accumulée si sa chute n’avait pas été perturbée par le vent.

Il y aura des cas où la neige fondra en tombant au sol ou dans le pluviomètre. Dans ces circonstances, on obtient la quantité de neige en mesurant l’eau dans le collecteur; on multiplie ensuite cette valeur par dix pour obtenir l’équivalent en neige de l’eau. Par exemple, s’il y a 2,4 mm d’eau dans l’éprouvette graduée à cause de la fonte de la neige, l’équivalent en neige est de 2,4 cm. Dans ce cas, on devrait enregistrer une quantité de neige de 2,4 cm, avec une remarque pour indiquer que la neige fondait en tombant et que la valeur enregistrée est une estimation.

2.3.5 Épaisseur de neige

C’est une mesure de l’épaisseur totale cumulative de neige sur le sol, qu’il y ait ou non eu une chute de neige. On la mesure une fois par jour à l’aide de la règle à neige. Aux sites où on fait deux observations par jour, l’épaisseur de neige doit accompagner l’observation du matin. L’épaisseur de neige est transmise tous les jours, même s’il n’y a pas d’accumulation.

Pour avoir une représentation précise de l’épaisseur de neige, l’observateur devrait prendre un certain nombre de mesures dans les environs de la station et en faire la moyenne. L’épaisseur de neige est transmise au centimètre entier le plus proche (sans décimale).

Nota : C’est la différence avec la neige fraîchement tombée, qui est transmise en multiples de 0,2 cm.

Par exemple :

• Une épaisseur moyenne de 10,8 cm est transmise comme 11 cm;
• Une épaisseur moyenne de 8,2 cm est transmise comme 8 cm;
• Une épaisseur moyenne de 5,5 cm est transmise comme 6 cm.

Si l’épaisseur moyenne est inférieure à 0,5 cm, elle est considérée comme une trace et transmise comme telle. S’il n’y a pas de neige sur le sol, on transmet la valeur 0.

Il est des situations où le sol n’est que partiellement couvert de neige; les observateurs doivent alors faire preuve de jugement. C’est le cas au printemps, lorsqu’il y a eu beaucoup de fonte et que le sol est généralement dénudé, à l’exception de bancs de neige et/ou de glace. Aussi, des accumulations peuvent persister longtemps dans les endroits à l’ombre. Très souvent, l’épaisseur de neige dans ces accumulations persistantes peut atteindre plusieurs centimètres, même si le sol est essentiellement découvert. Dans ces conditions, l’épaisseur de neige sera enregistrée comme « trace ».

2.3.6 Mesure d’un mélange de pluie et de neige

Lorsqu’il est tombé à la fois de la pluie et de la neige au cours de la période d’observation, il est souhaitable de séparer les deux, pour que les registres des précipitations soient complets. La meilleure méthode est de faire fondre la neige présente dans le pluviomètre, y compris celle qui peut être dans l’entonnoir, et de mesurer l’eau ainsi recueillie. En même temps, avec la règle à neige, on mesurera l’épaisseur moyenne de nouvelle neige et on l’enregistrera pour la chute de neige. De la quantité d’eau recueillie dans le pluviomètre, on soustrait l’équivalent en eau de la mesure de la neige (en prenant le rapport de 1 mm pour 1 cm). Le reste sera la pluie.

Exemple :

• La pluie et la neige fondue recueillies dans le pluviomètre totalisent 3,8 mm;
• L’épaisseur moyenne de nouvelle neige mesurée est de 2,0 cm;
• 2,0 cm de neige équivalent à 2,0 mm d’eau;
• La quantité de pluie est de 3,8 mm - 2,0 mm = 1,8 mm.

S’il est tombé à la fois de la pluie et de la neige pendant la période d’observation, et que tout ou partie de la neige a fondu, les précipitations totales sont celles mesurées à partir du contenant du pluviomètre. L’observateur devrait estimer les proportions de la pluie et de la neige au meilleur de ses capacités, en prenant en considération la longueur de temps pendant laquelle il a neigé et le fait que la chute était forte ou faible. Les « Commentaires » appropriés devraient être indiqués dans COOLTAP ou IVR.

2.3.7 Mesure de la grêle

Le pluviomètre n’est pas un instrument adapté à la mesure directe de la grêle. En général, une bonne partie des grêlons rebondissent et sortent du pluviomètre, de sorte que la quantité qui est recueillie est inférieure à la quantité qui serait tombée sur une surface horizontale. La manière la plus pratique de mesurer la grêle est de prendre le dessus du pluviomètre et de la placer tête en bas sur le sol, à un endroit où il y a une couverture uniforme de grêlons. Recueillir les grêlons compris dans la superficie du dessus du pluviomètre, les faire fondre pour obtenir l’équivalent en eau et inclure cette valeur dans la quantité de pluie qui vient d’être mesurée.

En général, quand il grêle, la température de l’air est supérieure au point de congélation; il faudrait donc déterminer l’équivalent en eau de la grêle le plus vite possible après la fin de l’averse de grêle.

2.4 Enregistrement des observations de précipitations

Aux stations climatologiques équipées d’instruments du Service météorologique du Canada pour la mesure des précipitations ou de la température et des précipitations, l’observation officielle est enregistrée à l’aide de COOLTAP ou d’IVR. On trouvera dans les manuels COOLTAP et IVR les instructions concernant l’utilisation de ces applications.

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