Hur mäts nederbörd?

Nederbörd är en av de viktigaste meteorologiska parametrarna och har i en eller annan form observerats under mycket lång tid. Trots detta finns det fortfarande olösta problem vid nederbördsmätning.

De flesta metoder att mäta nederbörd bygger på principen att samla upp nederbörden i ett vattentätt kärl och sedan mäta hur mycket vätska som samlats där. Enkla former av nederbördsmätare kan ha funnits långt tillbaka i människans historia. Bland de första mer i detalj dokumenterade observationerna finns ett nät av nederbördsmätare "cheugugi" som etablerades i Korea år 1441.

Men ett stort mättekniskt problem är att det genom framför allt vindens inverkan inte samlas lika mycket nederbörd i uppsamlingskärlet som på marken nedanför.

Nederbördsmätarens placering

Idealiska placeringar

Som framgår av avsnittet om felkällor nedan, så är mätförluster orsakade av vinden den största felkällan. Därför bör man försöka placera nederbördsmätaren så att vindförlusterna blir så små som möjligt.

Om nederbördsmätaren sänks ner i marken med öppningen i jämnhöjd med markytan, så elimineras vindförlusterna praktiskt taget fullständigt. Ett problem är att ovidkommande föremål kan hamna i mätaren och i snötäckta områden fungerar inte mätmetoden. SMHI har därför inga stationer med en sådan placering av nederbördsmätaren.

I delar av världen där nederbörden delvis faller som snö kan man i stället placera mätaren inne i ett buskage. För att erhålla ett homogent vindfält över buskaget bör det ha en diameter av minst något hundratal meter. Buskvegetationen måste även hållas i jämnhöjd med nederbördsmätaren. Därför är det i ytterst begränsad omfattning som denna typ av placering används i rutinmässiga mätningar.

En glänta i ett homogent skogsparti är också en mycket bra uppställningsplats, dock inte fullt lika idealisk som de två ovannämnda placeringarna. Gläntan bör vara likformig och trädtopparna nå 30-45° över horisonten.

Notera att en enstaka trädridå inte fyller samma funktion. Den riskerar i stället att orsaka en viss turbulens kring mätplatsen.

Normala placeringar

Av praktiska skäl är det ytterst sällan en nederbördsmätare kan ges en perfekt placering. Man får i stället nöja sig med en kompromiss med en omgivning som inte är helt homogen.

Avståndet från nederbördsmätaren till olika hinder och föremål (hus, träd mm) bör vara minst två gånger objektets höjd. Reglerna är dock i det här fallet inte helt entydiga. Man kan i litteraturen hitta rekommendationer som varierar från en till fyra gånger objektets höjd.

Man bör undvika en placering på eller invid en sluttning, vilket kan störa vindfältet kring nederbördsmätaren.

En vanlig missuppfattning är att nederbördsmätaren enligt internationella regler ska placeras på en viss höjd. Så är det inte, men av praktiska skäl placeras den ofta på ungefär 1,5 meters höjd.

Artificiella vindskydd

Eftersom det i praktiken är svårt att hitta helt ideala placeringar av nederbördsmätare, så försöker man minska vindens negativa inverkan på mätningarna med hjälp av olika typer av artificiella vindskydd. Eftersom vindförlusterna i allmänhet är större för snönederbörd än regn, så är det framför allt i länder med kallt klimat som man använder artificiella vindskydd.

Det mest avancerade är att uppföra ett så kallat dubbelt spjälstaket kring nederbördsmätaren. Det består av två åttkantiga staket med spjälor. Det inre staketet har samma höjd som nederbördsmätaren och ska vara 4 meter brett. Det yttre staketet når lite högre än nederbördsmätaren och är 12 meter brett. På grund av sina stora dimensioner används det dubbla spjälstaketet främst i samband med nederbördstest och för vissa klimatologiska referensstationer. I Sverige används inte det dubbla spjälstaketet operationellt.

För vanliga rutinmässiga nederbördsmätningar brukar man använda vindskydd av mindre dimensioner. Vindskydd eller vindskärmar finns i många varianter, men i huvudsak finns tre huvudtyper. 

Nipher är en typ av vindskärm som används vid SMHIs manuella stationer. Det finns lite olika varianter av denna typ av vindskärm runt om i världen. I till exempel Kanada används ett mer klockformat vindskydd som har mycket goda aerodynamiska egenskaper.


Alter är ett vindskydd som består av ett antal smala plast- eller metallskivor som kan svänga i vinden. Alterskyddet passar bra för stationer som inte har daglig tillsyn eftersom det inte så lätt byggs upp snödrivor på vindskyddet. För att höja vindskyddets aerodynamiska egenskaper kan man sätta upp ett andra alterskydd utanför det ordinarie. Denna variant används dock inte av SMHI, utan förekommer främst i Nordamerika.

Tretyakov är en annan vanlig typ av vindskärm, men används inte operationellt av SMHI. Den kan sägas vara ett mellanting mellan de två föregående typerna av vindskydd.

Mätningar vid SMHI

SMHI har drygt 750 stationer som rapporterar nederbörd. Av dessa är cirka 120 automatiska och resten är manuella. Antalet stationer har varierat något under åren. Exempelvis fanns drygt 900 nederbördsstationer år 1970 medan antalet var antalet knappt 400 år 1881.

Varje timme rapporterar automatstationerna nederbördsmängden den senaste timmen samt nederbördsmängden för var och en av de fyra kvartarna den senaste timmen.

Vid vissa tidpunkter rapporteras även nederbördsmängden över längre tidsperioder enligt nedanstående schema.
Nederbörd under de senaste 6 timmarna rapporteras klockan 01 och 13 svensk normaltid (02 och 14 svensk sommartid).
Nederbörd under de senaste 12 timmarna rapporteras klockan 07 och 19 svensk normaltid (08 och 20 svensk sommartid).
Nederbörd under de senaste 24 timmarna (dygnsnederbörd) rapporteras klockan 07 svensk normaltid (08 svensk sommartid). Observera att nederbördsdygnet alltså skiljer sig från det vanliga kalenderdygnet.

Manuella stationer rapporterar i huvudsak endast nederbördsmängden under de senaste 12 eller 24 timmarna.

Manuella observationer

Nederbördsmätaren är en aluminiumkanna placerad i en vindskärm. Av praktiska skäl är nederbördsmätaren ofta placerad på ungefär 1,5 meters höjd.

Observatören häller upp nederbörden från kannan i ett mätglas graderat till 11 mm och avläser mängden i tiondels millimeter.


Faller nederbörden som snö eller hagel måste den smältas. Observatören tar därför in mätkärlet, smälter snön försiktigt och häller sedan upp smältvattnet i mätglaset. På varje station finns alltid minst två nederbördskärl som kan användas växelvis.

För att förhindra att nederbörden avdunstar mellan mättillfällena förses mätaren under den varma årstiden med en tratt med ett litet hål i mitten. Kannan har också en bottenränna som samlar upp små regnmängder på en mindre yta, vilket minskar avdunstningsförlusterna.

Då vi omkring 1860 fick ett nät av mätstationer i Sverige var de första nederbördskärlen stora och tunga med en uppsamlingsyta på 1 000-1 200 cm². Dessa mätare i galvaniserad plåt användes fram till mitten av 1900-talet, då de successivt byttes ut mot en mindre kanna med uppsamlingsytan 200 cm². Under åren omkring 1960 infördes den nuvarande typen av kanna. Den består av ett cylindriskt kärl i en aluminiumlegering som är betydligt lättare att använda än sina föregångare. Dessutom uppstår inte läckage ur kannan lika lätt som ur äldre typer av kannor.

Automatiska mätningar

Vid SMHIs automatstationer används en vägande nederbördsmätare av märket Geonor.

Mätkärlet är upphängt i två kedjor samt en givare bestående av en sträng. Strängen sätts i svängning med hjälp av en elektromagnet. Beroende på strängens belastning varierar dess frekvens och man kan därigenom beräkna mätkärlets tyngd och därmed också mängden nederbörd i kärlet.

I den automatiska mätaren finns under vinterhalvåret frostskyddsvätska som får snön att smälta. För att förhindra avdunstningen används ett tunt lager oljefilm, som rätt anbringad kan göra avdunstningen nästintill försumbar även om mätaren står utan tillsyn under en månadslång torrperiod.

Ett problem hos automatiska nederbördsmätare, vilka kan stå utan tillsyn längre eller kortare perioder, är att det kan bildas snöproppar i inloppsröret. Dessa kan ibland helt blockera mätaren. För att förhindra detta används en temperaturreglerad uppvärmning av inloppsröret.

För att minimera avdunstning och påverkan på luftströmmen kring mätaren sker uppvärmning högst en gång i timmen och bara så pass mycket att snön lossnar och faller ner i mätaren. Resten av smältningen svarar frostskyddsvätskan för.

Jämförelse mellan SMHIs automatiska och manuella nederbördsmätningar

På ett antal platser bedriver SMHI både manuella och automatiska nederbördsmätningar. På de flesta platser är den automatiskt uppmätta nederbördsmängden vanligtvis mindre än den manuellt uppmätta. Men det finns också några platser där det omvända förhållandet gäller.

När det gäller regn så uppgår den automatiskt uppmätta mängden i många fall till 90-95% av den manuellt uppmätta. När det gäller snönederbörd så är det inte ovanligt att den automatiskt uppmätta nederbörden endast uppgår till 80% av den manuella.

En bidragande orsak till detta är sannolikt att automatstationer ofta har en mer öppen och vindutsatt placering än manuella stationer.

Andra typer av automatiska nederbördsmätare

Tipping-bucket

Tipping-bucket (det finns inget vedertaget svenskt namn) är den allra vanligaste typen av automatisk nederbördsmätare i världen. Precis som de nederbördsmätare som hittills beskrivits samlas nederbörden upp i mätaren, i vilken det finns två mindre uppsamlingskärl, till vilka nederbörden omväxlande fördelas.

När nederbörd motsvarande 0,1 eller 0,2 mm samlats i det ena kärlet tippas nederbörden automatiskt ut och det andra mätkärlet börjar fyllas. Antalet tippningar per tidsperiod blir ett mått på nederbördsintensiteten.

En nackdel med denna typ av mätare är att snönederbörd helt måste smältas för att rinna ut vid varje tippning, vilket kan leda till stora avdunstningsförluster. Detta är ett av skälen till att SMHI inte använder tipping-bucket. Vissa andra operatörer som kommuner, universitet m.m. använder dock i viss utsträckning denna typ av mätare.

I ett varmt klimat fungerar mätarna betydligt bättre och genom den kontinuerliga tömningen riskerar de inte att svämmas över när stora nederbördsmängder faller under kort tid.
Mätarna är dessutom billiga och lätta att installera och vissa länder har på så sätt byggt upp mycket täta automatiska nederbördsnät.

Optisk nederbördsgivare

Nederbördsmätare med helt annan mätprincip än de hittills beskrivna är de optiska nederbördsgivarna. De bygger på principen att brytningen och absorptionen av utsända ljussignaler förändras beroende på nederbördsintensiteten.

Nederbörd som uppmätts enbart med optiska nederbördsgivare används inte av SMHI för klimatologiska ändamål. Men den uppskattning av nederbörden som på detta sätt erhålls från automatstationernas siktmätare används som hjälp vid granskning av nederbördsdata.

Felkällor vid nederbördsmätning

Vindens påverkan

Den i särklass största felkällan är mätförluster orsakade av vinden. Mätaren skapar en störning i vindfältet, vilket gör att en del av nederbörden blåser förbi mätaren. Mätförlusterna blir större ju mer det blåser och ju lättare nederbördspartiklarna är, vilket innebär att förlusterna i allmänhet är större för snö än för regn.

Problemet är störst där det blåser mest, som i havsbandet och på kalfjället. För en väl skyddat mätplats uppskattas vindfelet till högst 5% för regn och 10% för snö. I samband med kraftig vind kan dock i vissa fall 50% eller mer av snönederbörden förloras.

Innan nederbördsmätarna försågs med vindskärm, vilket tog sin början under slutet av 1800-talet eller början av 1900-talet, kunde vindförlusterna vara ännu större.

Inom många tillämpningar, exempelvis vid vattenbalansstudier, försöker man korrigera uppmätta nederbördsvärden innan de används. Detta görs med formler baserade på lufttemperatur, vindhastighet, typ av nederbörd, typ av nederbördsutrustning m.m.

Värden som SMHI publicerar i månadsöversikter, observationstabeller och liknande är däremot i allmänhet okorrigerade.

Avdunstning

Avdunstning är en annan, men mindre allvarlig felkälla som också leder till att den uppmätta nederbörden blir för liten.

Avdunstning ger normalt en underskattning av nederbörden på 10-15 mm per år i södra Sverige, något mindre längst i norr. Stationer som av olika anledningar inte har daglig tillsyn kan uppvisa större avdunstningsförluster.

För den typ av automatiska vägande nederbördsmätare som SMHI använder, så är avdunstningsfelet betydligt mindre, under förutsättningen att den skyddande oljefilmen i nederbördskärlet inte är defekt.

Vätning/vidhäftning

Vätningsförluster uppstår på grund av att lite nederbörd alltid blir kvar i kannan när den töms i mätglaset. Felet uppskattas till 0,1 mm vid varje mättillfälle. Under ett år blir detta i allmänhet 15-20 mm.

Den automatiska nederbördsmätare som SMHI använder kan också ha vätningsförluster i samband med att regndroppar och snöflingor fastnar i det långa inloppsröret, och avdunstar innan de hamnat i uppsamlingskärlet.

För vissa andra typer av automatiska nederbördsmätare är den här sortens mätfel nästan obefintligt.

Hagel

Hagelkorn riskerar att studsa upp ur mätaren, och om de är tillräckligt stora kanske till och med skada utrustningen. Under en hagelskur faller stora mängder nederbörd under kort tid, men eftersom hagel är ett ganska ovanligt fenomen är hagelskurarnas bidrag till den totala nederbörden trots det ganska liten.

Att mäta för mycket nederbörd

De flesta felkällor bidrar till att den uppmätta nederbörden blir för liten. Men ibland kan den uppmätta nederbörden bli för stor, exempelvis om snö från ett närliggande tak blåser ner i mätaren. Detta är en felkälla som varierar från station till station och storleksordningen är svår att uppskatta.

I Sverige ska inte dagg och rimfrost räknas in i nederbördsmängden, något som annars är fallet på andra håll i världen. Om man vet att allt vatten som finns i nederbördsmätaren härstammar från dagg eller rimfrost, så ska det inte rapporteras. Men i vissa situationer kan både vanlig nederbörd och dagg eller rimfrost ha förekommit under mätperioden, och då är det i praktiken omöjligt att avgöra hur stor andel som är dagg/rimfrost. Men felet bör i de allra flesta fall vara litet.

Enheter

I Sverige anges nederbördsmängden vanligen i millimeter. Om det exempelvis regnar 1 mm innebär det att regnvattnet bildar ett 1 mm tjockt skikt på en horisontell yta om inget vatten avdunstar eller rinner undan.

1 mm regn motsvarar 1 liter per kvadratmeter. I många länder föredrar man också att ange nederbörden i liter per kvadratmeter.

Enligt WMO så bör man i stället för liter snarare använda enheten kilogram per kvadratmeter. Densiteten hos vatten varierar något med temperaturen, men i praktiken kan man anse att 1 liter vatten väger 1 kilogram, och att enheterna därför är likvärdiga.

I engelskspråkiga länder anger man gärna nederbörden i inches med två decimaler. En tumregel är att 4 inches motsvarar 100 mm.

Konverteringstabell

  • 1 liter per kvadratmeter = 1 mm
  • 1 kilogram per kvadratmeter = 1 mm
  • 1 inch = 25,4 mm