Ceilometr - Ceilometer
Ceilometr jest urządzeniem, które stosuje się laser, lub inne źródło światła, aby określić wysokość w chmurze sufitu lub mętnienia podstawy . Ceilometry mogą być również używane do pomiaru stężenia aerozolu w atmosferze. Oparty na laserze jest rodzajem lidaru atmosferycznego .
Optyczny ceilometr bębnowy
Optyczny ceilometr bębnowy wykorzystuje triangulację do określenia wysokości plamki światła rzucanej na podstawę obłoku . Składa się zasadniczo z obrotowego projektora, detektora i rejestratora. Projektor emituje intensywną wiązkę światła w niebo pod kątem, który zmienia się wraz z obrotem. Detektor, który znajduje się w stałej odległości od projektora, wykorzystuje fotodetektor skierowany pionowo. Gdy wykryje rzutowany powrót światła z podstawy chmur, instrument zanotuje kąt, a obliczenia podaje wysokość chmur.
ceilometr laserowy
Ceilometr laserowy składa się z pionowego lasera i odbiornika w tym samym miejscu. Przez atmosferę przesyłany jest impuls laserowy o czasie trwania rzędu nanosekund. Gdy wiązka przechodzi przez atmosferę, maleńkie ułamki światła są rozpraszane przez aerozole. Ogólnie rzecz biorąc, wielkość omawianych cząstek jest zbliżona do długości fali lasera. Ta sytuacja prowadzi do rozproszenia Mie . Mały składnik tego rozproszonego światła jest kierowany z powrotem do odbiornika lidarowego . Taktowanie odbieranego sygnału może być przekształcone w zakres przestrzenny z przy użyciu prędkości światła. To jest,
gdzie c to prędkość światła w powietrzu.
W ten sposób każdy impuls światła laserowego skutkuje pionowym profilem stężenia aerozolu w atmosferze. Ogólnie rzecz biorąc, wiele indywidualnych profili będzie uśrednianych razem w celu zwiększenia stosunku sygnału do szumu, a profile średnie są raportowane w sekundowej skali czasu. Obecność chmur lub kropelek wody prowadzi do bardzo silnego sygnału zwrotnego w porównaniu z poziomami tła, co pozwala na łatwą identyfikację wysokości chmur.
W celu określenia podstawy chmur, ze względu na zdolność ceilometru do wychwytywania dowolnych cząstek z powietrza (kurz, opady , dym, itp.), od czasu do czasu poda fałszywe odczyty. Na przykład, w zależności od zastosowanego progu, spadający pył diamentowy (kryształy lodu) może spowodować, że ceilometr poda wysokość chmury równą zero, nawet jeśli niebo jest czyste.
Korzystając z tych ostatnich właściwości, ceilometry będą miały inne zastosowania. Ponieważ instrument zanotuje jakiekolwiek zwroty, możliwe jest zlokalizowanie dowolnej słabej warstwy tam, gdzie ona występuje, dodatkowo do podstawy chmury, patrząc na cały wzór zwracanej energii. Co więcej, szybkość, z jaką zachodzi dyfuzja, może być odnotowana przez malejącą część powracającą do ceilometru w czystym powietrzu, dającą współczynnik ekstynkcji sygnału świetlnego. Wykorzystanie tych danych może dać widoczność pionową i możliwe stężenie zanieczyszczeń powietrza . Zostało to opracowane w badaniach i może być stosowane do celów operacyjnych.
Wykrywanie popiołu wulkanicznego
W Nowej Zelandii MetService prowadzi sieć ceilometrów laserowych do pomiarów podstawy chmur na komercyjnych lotniskach. Czujniki te są również wykorzystywane do mapowania chmur pyłu wulkanicznego, aby umożliwić komercyjny ruch lotniczy w celu uniknięcia szkód spowodowanych przez popiół.
Zagrożenia
Ceilometry, które wykorzystują światło widzialne, mogą czasami być śmiertelne dla ptaków, ponieważ zwierzęta tracą orientację przez promienie światła i cierpią z powodu wyczerpania i kolizji z innymi ptakami i budowlami. W najgorszym odnotowanym incydencie ceilometru bez lasera, około 50 000 ptaków z 53 różnych gatunków zmarło w bazie sił powietrznych Warner Robins w Stanach Zjednoczonych podczas jednej nocy w 1954 roku.
Ceilometry laserowe wykorzystują niewidzialne lasery do obserwacji podstawy chmur. Używanie instrumentów optycznych, takich jak lornetki w pobliżu ceilometrów, nie jest zalecane, ponieważ soczewki w instrumentach mogą skupiać wiązkę i uszkodzić oczy. Ceilometry mogą być instalowane na kątach w podejściu samolotu do pasa startowego.