Quando guardiamo una previsione o i dati di una stazione meteorologica troviamo spesso valori come 2 mm, 15 mm o 40 mm di pioggia.

Ma che cosa significa realmente un millimetro di precipitazione? E soprattutto: come viene misurata la pioggia?

Possiamo scoprirlo costruendo un piccolo pluviometro, cioè uno strumento capace di raccogliere l’acqua caduta e permetterci di misurarne l’accumulo.

L’esperimento è semplice, ma ci permette di comprendere uno dei dati più importanti della meteorologia e di osservare direttamente ciò che avviene durante una giornata piovosa.

Attenzione: il pluviometro che costruiremo è uno strumento didattico. Può fornire misure interessanti e permettere confronti tra diversi eventi, ma non sostituisce un pluviometro meteorologico professionale correttamente installato e calibrato.

Che cos’è un pluviometro?

Il pluviometro è lo strumento utilizzato per misurare la quantità di precipitazione caduta in un determinato intervallo di tempo.

La misura viene normalmente espressa in millimetri.

Questo può sembrare strano: la pioggia è acqua, quindi perché non misurarla direttamente in litri?

La risposta è semplice: il millimetro permette di esprimere la quantità caduta indipendentemente dalla dimensione del territorio considerato.

1 millimetro di pioggia corrisponde a 1 litro d’acqua distribuito uniformemente su una superficie di 1 metro quadrato.

Se quindi una giornata registra 20 mm di precipitazione, significa che idealmente su ogni metro quadrato di superficie sono caduti circa 20 litri d’acqua.

Materiali necessari

Per realizzare il nostro pluviometro possiamo utilizzare materiali semplici:

• una bottiglia di plastica trasparente;
• forbici oppure un taglierino;
• un righello;
• un pennarello indelebile;
• un recipiente graduato o una siringa graduata per la calibrazione;
• acqua;
• alcuni sassolini o un piccolo peso per rendere stabile la base;
• nastro adesivo;
• un quaderno o una tabella per annotare le osservazioni.

Per i bambini, il taglio della bottiglia deve essere eseguito esclusivamente da un adulto.

1. Prepariamo la bottiglia

Prendiamo una bottiglia di plastica trasparente e rimuoviamo eventuali etichette che impedirebbero di vedere bene il livello dell’acqua.

La parte inferiore della bottiglia diventerà il recipiente nel quale si accumulerà la pioggia.

È preferibile utilizzare una bottiglia abbastanza stabile e con una zona centrale il più possibile regolare.

2. Tagliamo la parte superiore

Tagliamo la bottiglia nella parte alta, poco prima che inizi il restringimento verso il collo.

Otterremo così due pezzi:

• la parte inferiore, che raccoglierà l’acqua;
• la parte superiore con il collo della bottiglia.

Quest’ultima non verrà buttata: diventerà il nostro imbuto.

3. Trasformiamo la parte superiore in un imbuto

Rimuoviamo il tappo e capovolgiamo la parte superiore della bottiglia.

Inserendola all’interno della parte inferiore otteniamo un piccolo imbuto.

La pioggia entrerà attraverso l’apertura superiore e verrà convogliata nel recipiente sottostante.

L’imbuto ha anche un altro vantaggio: rende più difficile che l’acqua raccolta venga persa rapidamente per schizzi o evaporazione immediata.

Possiamo fissarlo con un po’ di nastro adesivo, facendo attenzione a non modificare o restringere l’apertura attraverso cui deve entrare la pioggia.

4. Rendiamo stabile il pluviometro

Una bottiglia vuota è molto leggera e potrebbe facilmente essere rovesciata dal vento.

Possiamo quindi mettere sul fondo alcuni piccoli sassolini oppure fissare esternamente il pluviometro a un supporto stabile.

Se utilizziamo dei sassolini, dobbiamo ricordare che la misura dell’acqua non dovrà partire fisicamente dal fondo della bottiglia: creeremo una scala calibrata che terrà conto della struttura del nostro recipiente.

È fondamentale che il pluviometro rimanga sempre verticale e che la superficie di raccolta sia il più possibile orizzontale.

5. Perché non basta disegnare una scala con il righello?

Qui arriviamo alla parte più interessante dell’esperimento.

Potremmo essere tentati di prendere un righello e segnare direttamente sulla bottiglia 1 mm, 2 mm, 3 mm e così via.

Ma con una bottiglia modificata e un imbuto questa scala potrebbe essere sbagliata.

La quantità di acqua raccolta dipende infatti dall’area dell’apertura attraverso la quale entra la pioggia, mentre l’altezza raggiunta dall’acqua dipende anche dalla forma del recipiente sottostante.

Se il recipiente non ha pareti perfettamente verticali e una sezione costante, un centimetro di altezza dell’acqua non corrisponde necessariamente sempre allo stesso volume.

Per ottenere una scala più corretta dobbiamo quindi calibrare il pluviometro.

6. Calcoliamo l’area di raccolta

Misuriamo il diametro interno dell’apertura circolare attraverso cui entrerà la pioggia.

Dividendo il diametro per due otteniamo il raggio.

L’area dell’apertura può essere calcolata con la formula del cerchio:

Area = π × r²

Per esempio, se l’apertura avesse un diametro di 10 cm, il raggio sarebbe 5 cm.

L’area sarebbe quindi circa:

3,14 × 5 × 5 = 78,5 cm²

Non è necessario che il nostro pluviometro abbia proprio queste dimensioni: l’esempio serve soltanto per capire il procedimento.

7. Quanto volume corrisponde a 1 mm di pioggia?

Un millimetro equivale a 0,1 centimetri.

Una volta conosciuta l’area di raccolta, possiamo quindi determinare quanta acqua deve entrare nel recipiente per simulare 1 mm di precipitazione.

La relazione è:

Volume = area di raccolta × altezza della pioggia

Nel nostro esempio con un’apertura di 78,5 cm²:

78,5 × 0,1 = 7,85 cm³

E siccome 1 cm³ di acqua corrisponde a 1 millilitro:

7,85 mL di acqua rappresenterebbero 1 mm di pioggia.

Per 2 mm ne servirebbero 15,7 mL, per 5 mm circa 39,25 mL e così via.

8. Creiamo la scala graduata

Adesso possiamo utilizzare un recipiente graduato o una siringa per aggiungere nel pluviometro esattamente la quantità di acqua corrispondente a 1 mm.

Aspettiamo che il livello si stabilizzi e facciamo un piccolo segno sulla bottiglia.

Aggiungiamo un’altra quantità identica e segniamo il livello corrispondente a 2 mm.

Continuiamo nello stesso modo fino a ottenere una scala sufficientemente ampia per le nostre osservazioni.

Questo metodo ha un grande vantaggio: la scala viene costruita sulla forma reale del nostro recipiente.

Se la bottiglia si allarga o si restringe leggermente, le distanze tra le tacche potranno infatti non essere perfettamente uguali.

9. Il nostro pluviometro è pronto

Terminata la calibrazione, svuotiamo il recipiente.

Il pluviometro è adesso pronto per essere portato all’esterno.

Prima di utilizzarlo controlliamo ancora tre cose:

• che sia stabile;
• che l’apertura sia perfettamente libera;
• che la scala sia chiaramente leggibile.

Dove dobbiamo posizionarlo?

La posizione è fondamentale.

Se mettiamo il pluviometro sotto un albero, vicino a un muro oppure sotto il bordo di un tetto, la quantità raccolta potrebbe essere completamente falsata.

Un ostacolo può infatti:

• intercettare parte della pioggia;
• far cadere nel recipiente gocce provenienti da altre superfici;
• modificare il vento vicino allo strumento;
• produrre spruzzi.

Per il nostro esperimento scegliamo quindi un luogo aperto e il più possibile lontano da alberi, muri, tetti e altri ostacoli.

Il pluviometro deve essere ben fissato e con l’apertura perfettamente orizzontale.

Aspettiamo la pioggia

A questo punto entra in gioco la meteorologia reale.

Lasciamo il pluviometro all’aperto durante una precipitazione e aspettiamo che l’evento termini.

L’acqua che attraversa l’apertura verrà raccolta nella parte inferiore.

Durante fenomeni accompagnati da vento forte il nostro semplice strumento potrebbe perdere precisione, perché le gocce possono attraversare l’apertura con traiettorie inclinate e una parte della precipitazione può non essere raccolta correttamente.

Anche questo è un ottimo modo per capire perché la misura professionale della pioggia richieda strumenti e installazioni progettati con attenzione.

Come leggiamo il risultato?

Quando la precipitazione è terminata possiamo osservare il livello raggiunto dall’acqua.

Se coincide, per esempio, con la tacca di 8 mm, possiamo dire che il nostro pluviometro ha registrato:

8 mm di precipitazione.

Questo equivale idealmente a:

8 litri d’acqua per ogni metro quadrato.

Se il livello si trova tra due tacche possiamo stimare un valore intermedio, compatibilmente con la precisione della nostra scala.

Accumulo e intensità non sono la stessa cosa

Il pluviometro ci permette soprattutto di conoscere l’accumulo, cioè la quantità complessiva di acqua raccolta durante un determinato periodo.

Ma due eventi con lo stesso accumulo possono essere completamente diversi.

Immaginiamo due casi:

Evento A: 10 mm in 10 ore.
Evento B: 10 mm in 20 minuti.

In entrambi i casi l’accumulo finale è 10 mm.

Ma nel secondo caso l’acqua è caduta molto più rapidamente.

Qui entra in gioco il concetto di intensità di precipitazione, normalmente espresso attraverso la quantità caduta in rapporto al tempo.

Una precipitazione molto intensa può creare problemi di drenaggio e ruscellamento anche quando il cumulato finale non è eccezionale.

Possiamo misurare anche l’intensità con il nostro esperimento?

In modo semplice possiamo provarci.

Durante una precipitazione possiamo leggere il pluviometro a intervalli regolari, per esempio ogni 10 o 15 minuti, annotando l’aumento dell’accumulo.

Se osserviamo:

15:00 → 0 mm
15:15 → 1 mm
15:30 → 5 mm
15:45 → 6 mm

possiamo già capire che la fase più intensa dell’evento si è verificata tra le 15:15 e le 15:30.

Il nostro pluviometro manuale non avrà la risoluzione temporale di uno strumento automatico, ma permette comunque di comprendere il concetto.

Creiamo un piccolo diario della pioggia

L’esperimento diventa ancora più interessante se non ci limitiamo a una sola giornata.

Possiamo creare una tabella con:

• data;
• ora di inizio della precipitazione;
• ora di fine;
• accumulo totale;
• tipo di precipitazione osservato;
• eventuali raffiche di vento;
• note sull’intensità;
• confronto con altri strumenti o dati disponibili.

Dopo diverse settimane inizieremo a costruire un piccolo archivio pluviometrico personale.

Confrontiamo il risultato con una stazione meteorologica

Una delle prove più interessanti consiste nel confrontare il nostro risultato con quello registrato da una stazione meteorologica vicina.

Non dobbiamo aspettarci necessariamente valori identici.

Anche a breve distanza possono esistere differenze reali, soprattutto durante rovesci e temporali, ma il nostro strumento introduce anche ulteriori fonti di errore:

• calibrazione non perfetta;
• forma irregolare del recipiente;
• vento;
• posizionamento;
• lettura manuale;
• eventuali schizzi;
• evaporazione se aspettiamo troppo prima della lettura.

Proprio queste differenze rendono il confronto interessante dal punto di vista didattico.

Come funziona un pluviometro automatico?

Le stazioni meteorologiche possono utilizzare sistemi che non richiedono la lettura manuale del recipiente.

Una soluzione molto diffusa è il pluviometro a bascula.

L’acqua viene convogliata verso un piccolo meccanismo composto da due vaschette bilanciate. Quando una vaschetta raccoglie una determinata quantità d’acqua, il peso la fa ribaltare, svuotandola e portando l’altra nella posizione di raccolta.

Ogni ribaltamento corrisponde a una quantità nota di precipitazione.

Contando automaticamente questi impulsi, la stazione può calcolare l’accumulo e seguire l’andamento della pioggia nel tempo.

Strumenti diversi possono utilizzare tecnologie differenti, ma il principio fondamentale rimane lo stesso: trasformare l’acqua raccolta in una misura quantitativa della precipitazione.

Perché misurare la pioggia non è semplice come sembra?

Il nostro esperimento mostra anche quanto sia delicata una misura apparentemente elementare.

Il pluviometro deve raccogliere una quantità d’acqua realmente rappresentativa della precipitazione caduta.

Il vento può deviare le gocce.

Gli ostacoli possono creare turbolenze.

Gli spruzzi possono aggiungere o sottrarre acqua.

Una superficie non perfettamente orizzontale modifica l’area effettiva di raccolta.

Persino piccoli errori ripetuti per molti eventi possono alterare significativamente un archivio climatologico.

È per questo che nelle reti meteorologiche professionali strumentazione, calibrazione e installazione sono importanti quanto il sensore stesso.

Un millimetro sembra poco, ma quanto è davvero?

Torniamo alla relazione fondamentale:

1 mm di pioggia = 1 litro per metro quadrato.

Su una superficie di 100 m², 1 mm corrisponde già a circa 100 litri d’acqua.

Con 20 mm diventano circa 2.000 litri.

Con 50 mm, sulla stessa superficie, parliamo idealmente di circa 5.000 litri.

Naturalmente nel mondo reale una parte dell’acqua viene assorbita dal terreno, una parte scorre, una parte rimane sulla vegetazione e una parte può evaporare.

Ma questi numeri aiutano a capire perché pochi centimetri sulla scala di un pluviometro possano rappresentare enormi quantità d’acqua quando vengono estesi a un territorio.

Cosa possiamo osservare durante i prossimi eventi?

Dopo aver costruito il pluviometro possiamo trasformare ogni giornata piovosa in una piccola esperienza scientifica.

Possiamo chiederci:

• quanti millimetri sono caduti?
• quanto è durato l’evento?
• la pioggia è stata continua oppure intermittente?
• in quale momento è sembrata più intensa?
• il vento era forte?
• quanto differisce il nostro valore da quello di una stazione meteorologica?
• due eventi con accumulo simile hanno avuto la stessa intensità?

La meteorologia nasce proprio da questo: osservare, misurare, confrontare e conservare i dati nel tempo.

Dal semplice recipiente alla misura meteorologica

Costruire un pluviometro permette di capire che dietro un numero apparentemente semplice come “12 mm di pioggia” esiste un vero processo di misura.

Abbiamo raccolto la precipitazione, definito una superficie di riferimento, calibrato il recipiente e trasformato il volume d’acqua in millimetri.

E soprattutto abbiamo scoperto che misurare non significa soltanto leggere una scala: significa sapere che cosa stiamo misurando e come lo strumento trasforma un fenomeno naturale in un dato.

La prossima volta che su Meteo Gesualdo leggeremo un accumulo pluviometrico, quei millimetri non saranno più soltanto un numero.

Sapremo che ogni singolo millimetro rappresenta un litro d’acqua caduto su ogni metro quadrato di territorio.