科學素養12–降水量和雨水蹺蹺板

上週有朋友傳了一張截圖給我，讓我講講降水量是啥。查資料時發現一個有趣的知識，來跟大家分享。

一、先來講講為什麼用「降水」這個詞，而不是「降雨」。

因為會從天上降下來的，不只是雨，還有雪、冰雹、霰。上面這些都是由水構成的，而氣象局為了將這些落到地面上的水都統計起來，所以用「降水量」這個詞，而不是「降雨量」這個詞，只不過因為我們都沒有住在玉山上而是住在平地(不會下雪)，所以絕大多數的降水由是由雨造成的。

（題外話，明明氣象預報是半夜3點才會下雨，結果我在打這篇文章時，外面竟下起暴雨）

那麼，降水量的意思是什麼呢？用這張手機截圖為例，上面寫著「 降水量 10.8公分 過去24小時」。這句話的意思是，昨天如果你拿一個臉盆放到外面接雨水，經過24小時之後，今天去看臉盆，水盆裡的雨水會有10.8公分這麼高，這就是雨水量10.8公分的意思。

不過在氣象上我們更常使用毫米(mm)這個單位，1公分是10毫米，所以換算後是108毫米的雨量。依中央氣象局的標準《大雨 80mm/24hr、豪雨 200mm/24hr》，這已經算是大雨等級了！

二、問題來了。請問氣象局是怎麼測量出雨量的呢？

能夠百分之百確定的，一定不可能是臉盆。因為用臉盆會遇到下面幾個問題：

1、雨量太少時，例如下個0.3毫米的雨，這根本就量不出來啊。想象一下，一般用的直尺最小刻度是1mm，而0.3mm是最小刻度的十分之三，這麼小，就等於只有薄薄一層水，這是非常難量的。

2、雨量太大時，例如颱風天，下2個小時的雨，臉盆就滿了，誰要頂著颱風去把臉盆的水倒掉？

為了解決這2個痛點（要精準、要能自動排水），科學家們發明了一種叫「傾斗式雨量計」(或叫翻斗式雨量計）的儀器（如下圖左）

上面右圖是結構示意圖。

這傾斗式雨量計設的非常巧妙，中間看起來像個蹺蹺板，左右兩邊各有一個小斗，小斗裝滿水時，剛好對應0.1mm的雨量。

當右邊裝滿水的時候，水的重量剛好可以使蹺蹺板向右倒，向右倒時會碰到下面的感測器，感測器就會記錄0.1mm的雨量，而右邊小斗裡的水也會順便流掉 。

蹺蹺板向右倒後，漏斗滴下來的水就會剛好滴到左邊的小斗，而左邊小斗滿了之後，就會向左邊傾倒而碰到感測器，這時又會記錄0.1mm的雨量。

所以連續不停地下雨時，就會看到中間的蹺蹺板左倒、右倒、左倒、右倒一直反覆運作。

這個設計就能解決我們剛剛提到的2個問題—不夠精準和沒人倒水。

因為小斗的容量很小，所以可以測的很準；因為小斗倒向一邊時，順便會將水排掉。因此利用這個蹺蹺板的設計，同時就能解決上面2大難題，只能說，設計的人真是個小天才啊。

來猜猜看，這個傾斗式雨量計，是什麼時候設計出來的？答案是：1889年，由德國人 A. Sprung和機械師 Fuess氏設計出來的唷，離現在已經有136年了呢！

問題

若傾斗式雨量計的開口直徑是200mm，且小斗裝滿對應的降水量是0.1mm，請問小斗的容量應該是多少毫升？

答：3.14毫升

小斗對應0.1mm的雨量，就表示小斗的容量可以看成一個直徑200mm，高度為0.1mm的圓柱。先把單位都換算成公分，即直徑為20公分，高度為0.01公分。

圖柱的體積為底面積×高=10×10×3.14×0.01=3.14cm³=3.14毫升