La mesure des précipitations

• Types de précipitations
• Instruments automatiques
  • Précipitomètre à pesée
  • Capteur d’épaisseur de neige au sol à ultrason
  • Pluviomètre à augets basculeurs
• Instruments manuels
  • Nivomètre à écran de Nipher
  • Table à neige
  • Échelle à neige
  • Pluviomètre standard

Types de précipitations

Les précipitations sont le résultat de la condensation de la vapeur d’eau dans l’atmosphère et incluent la bruine, la pluie, la neige, la giboulée, le grésil, la grêle et le verglas. Elles sont classées en deux types :

• Précipitations liquides : bruine, pluie, grêle et verglas;
• Précipitations solides : neige sous toutes ses formes (flocons, roulée, en grains, granules de glace) et grésil.

Lorsque des précipitations liquides et solides tombent en même temps, on parle de précipitations mixtes. La « quantité » d’une précipitation équivaut à la hauteur mesurée. Le Manuel d'instructions à l'usage des observateurs en météorologie (PDF, 2,4 Mo) fournit plus de détails sur les types de précipitations et d’instruments manuels.

Le Réseau de surveillance du climat du Québec (RSCQ) est composé de stations où les précipitations sont mesurées avec des instruments automatiques, manuels ou les deux.

Instruments automatiques

Précipitomètre à pesée

Les stations météorologiques automatiques du réseau mesurent les précipitations avec un précipitomètre à pesée. Cet instrument comporte une ouverture circulaire par laquelle les précipitations entrent et tombent dans un récipient posé sur un système de pesée.

Fonctionnement

• En hiver, un antigel fait fondre la neige et une huile spécialisée réduit l’évaporation.
• Un écran Alter, fait de lamelles métalliques pivotantes, limite l’effet du vent pour une meilleure captation des précipitations.
• L’appareil mesure le poids total des précipitations contenues dans son récipient à toutes les heures, puis convertit cette donnée en millimètres d’eau pour fournir la précipitation cumulée.
• La précipitation totale horaire est obtenue en faisant la différence entre deux valeurs horaires consécutives de la précipitation cumulée.

Répartition entre la pluie et la neige
Lorsque la température est aussi mesurée à une station équipée d’un précipitomètre, une répartition automatique des précipitations totales en pluie et en neige y est effectuée.

• Si la température moyenne est supérieure à 0 °C, la précipitation est considérée comme de la pluie.
• Si la température est inférieure ou égale à 0 °C, la précipitation est considérée comme de la neige. La mesure correspond alors à l’équivalent en eau de la neige fondue (en millimètres) et non à l’épaisseur de la nouvelle neige tombée (en centimètres).
• Cette répartition est effectuée à titre indicatif, car l’appareil ne fait pas de distinction entre la pluie et la neige.
  Il est possible d’avoir de la pluie, parfois verglaçante, lorsque la température est inférieure ou égale à 0 °C, et de la neige lorsque la température est supérieure à 0 °C.

En raison des limitations de cette méthode de répartition, les valeurs obtenues ne permettent pas de déterminer avec certitude un cumul de précipitations de pluie et de neige en période hivernale. Les quantités de pluie mesurées ne sont pas problématiques lorsque la température moyenne est largement au-dessus de 0 °C durant des redoux hivernaux et lors de la période estivale.

Calcul des précipitations quotidiennes
Les quantités quotidiennes de précipitations totales, de pluie et d’équivalent en eau de la neige sont calculées en additionnant les 24 valeurs horaires de la journée climatologique, soit la période de 8 h 01 le jour même à 8 h 00 le lendemain.

Capteur d’épaisseur de neige au sol à ultrason

Plusieurs stations automatiques du réseau mesurent l’épaisseur du couvert de neige au sol à toutes les heures grâce à un capteur à ultrason.

Fonctionnement

• Le capteur positionné en hauteur émet un signal ultrasonique vers le sol.
• Le signal est réfléchi par le couvert de neige et le capteur mesure le temps de parcours du signal pour calculer l’épaisseur.

Facteurs influençant la mesure

• Vent : peut déplacer le couvert de neige.
• Compaction : le couvert de neige se tasse avec le temps.
• Fonte : réduit progressivement l’épaisseur.

La valeur affichée quotidiennement est la moyenne des 24 valeurs horaires de la journée climatologique.

Pluviomètre à augets basculeurs

L’ensemble des stations avec observateur et la plupart des stations automatiques du réseau utilisent un pluviomètre à augets basculeurs pour mesurer les quantités de pluie tombées chaque minute.

Fonctionnement

• Un entonnoir dirige la pluie vers l’un des deux petits récipients en forme de cuillère (augets) montés symétriquement sur un pivot commun.
• Quand un auget accumule 0,2 mm de pluie, il bascule, se vide et la pluie est redirigé vers l’auget opposé.
• Le nombre de basculements par minute est automatiquement comptabilisé, ce qui permet de calculer la quantité de pluie tombée durant cet intervalle.

Période d’utilisation

• En fonction du 1^er avril au 31 octobre.
• Le démarrage de l’appareil peut être retardé s’il y a présence de neige ou de glace, puisque cela risque de l’endommager. Dans un tel cas, il est démarré dès que possible.

Calcul des mesures

Les valeurs horaires et quotidiennes sont obtenues en additionnant les mesures prises chaque minute de la journée climatologique.

Instruments manuels

Dans les stations avec observateur du Réseau de surveillance du climat du Québec, les observateurs mesurent les précipitations deux fois par jour, soit à 8 h et à 18 h, heure normale de l’Est (HNE). La mesure des précipitations hivernales est la mesure météorologique la plus complexe à réaliser par l’observateur.

Les valeurs quotidiennes de pluie, de neige et de précipitations totales sont calculées en additionnant les valeurs des observations de 18 h et de 8 h le lendemain (journée climatologique).

Nivomètre à écran de Nipher

Le nivomètre à écran de Nipher, communément appelé nivomètre Nipher, est un instrument spécialement conçu pour mesurer les précipitations hivernales.
Il comprend un cylindre collecteur en cuivre, placé dans un écran en forme de cloche inversée (écran de Nipher), le tout installé sur un tube télescopique qui permet de maintenir l’ouverture à 1,5 m au-dessus du couvert de neige. L’écran prévient la formation de tourbillons d’air qui ont pour effet de réduire la captation de la neige dans le cylindre.

Fonctionnement

• L’observateur mesure la hauteur de la neige contenue dans le cylindre au dixième de centimètre près à l’aide d’une règle, qui est distincte de celle utilisée pour la table à neige.
• Il fait fondre le contenu du cylindre à l’intérieur et mesure l’équivalent en eau au dixième de millimètre près avec un cylindre gradué spécialisé.
• Deux cylindres en cuivre sont utilisés en alternance pour assurer une mesure continue.

Limitations

• En cas de précipitations mixtes ou de redoux, il peut être difficile ou même impossible de distinguer la quantité de neige de la quantité de pluie. Cependant, la quantité de précipitations totales (cumul de la pluie et de la neige fondue) peut toujours être rapportée.

Depuis 2005, toutes les stations avec observateur du réseau sont équipées d’un nivomètre Nipher.

Table à neige

Avant l’utilisation des nivomètres Nipher, seule la table à neige était utilisée pour mesurer la quantité de neige tombée. Cet instrument simple est une planche carrée de 30 cm de côté, avec une tige métallique de 30 cm de hauteur au centre.

Fonctionnement

• Après chaque observation, l’observateur nettoie la table et la dépose sur la neige, dans un endroit dégagé et peu exposé au vent. Il s’assure que sa partie supérieure soit au même niveau que le couvert de neige.
• Lors de l’observation suivante, il utilise une règle graduée pour déterminer la hauteur de la nouvelle neige accumulée au dixième de centimètres près.
• Lors de précipitations mixtes, l’observateur doit fournir la meilleure évaluation possible des précipitations, selon les directives du manuel d’instructions (PDF, 2,5 Mo).

Limitations

• Le vent peut ajouter de la neige sur la table ou en enlever.
• Les précipitations mixtes (pluie, neige et verglas) et la fonte partielle ou complète compliquent les mesures. Il est parfois alors impossible de déterminer la quantité de neige.

Échelle à neige

L’échelle à neige est utilisée par les observateurs pour mesurer l’épaisseur du couvert de neige au sol.

Fonctionnement

• Poteau de deux mètres de hauteur, avec une graduation en centimètres sur une face.
• Le zéro est aligné avec le niveau du sol.
• L’observateur lit la mesure à distance pour éviter d’altérer la couche de neige entourant l’échelle.

Facteurs influençant la mesure

• Vent : peut déplacer le couvert de neige.
• Compaction : le couvert de neige se compacte avec le temps.
• Fonte : réduit progressivement l’épaisseur.

Pluviomètre standard

Le pluviomètre standard est utilisé par les observateurs pour mesurer la quantité de nouvelle pluie.

Fonctionnement

• Le récipient cylindrique ouvert au sommet se sépare en deux :
  • Un entonnoir recueille la pluie et la dirige vers un cylindre gradué pouvant recueillir un maximum de 25 mm d’eau.
  • Un cylindre extérieur recueille le trop-plein qui se déverse en cas de forte pluie.
• Le contenu du cylindre extérieur est mesuré à l’aide du cylindre gradué de la partie supérieure.
• L’observateur additionne les mesures pour obtenir la hauteur totale au dixième de millimètre près.

Utilisation en hiver

• Le pluviomètre doit être couvert ou retiré pour éviter les dommages causés par la neige et la glace.
• Il est découvert ou réinstallé lorsque des températures dépassant le point de congélation sont prévues, pour permettre de récolter et de mesurer la pluie qui tombe quelques fois en hiver.
• Si l’eau gèle dans le pluviomètre, l’observateur le rentre à l’intérieur pour faire fondre la glace avant de prendre la mesure.

En cas de précipitations mixtes ou de redoux, l’observateur fait la meilleure estimation possible, selon les directives du manuel d’instructions (PDF, 2,5 Mo).