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Ceilómetro

Ceilómetro láser

Un ceilómetro es un dispositivo que utiliza un láser u otra fuente de luz para determinar la altura del techo o la base de una nube . [1] Los ceilómetros también se pueden utilizar para medir la concentración de aerosoles dentro de la atmósfera. [2] Un ceilómetro que utiliza luz láser es un tipo de instrumento lidar atmosférico (detección y medición de distancia por luz). [3] [4]

Ceilómetro de tambor óptico

Un ceilómetro de tambor óptico utiliza la triangulación para determinar la altura de un punto de luz proyectado sobre la base de la nube . [5] Consiste esencialmente en un proyector giratorio, un detector y un registrador. [6] El proyector emite un haz de luz intenso hacia el cielo en un ángulo que varía con la rotación. El detector, que se encuentra a una distancia fija del proyector, utiliza un fotodetector que apunta verticalmente. Cuando detecta el retorno de luz proyectada desde la base de la nube, el instrumento anota el ángulo y el cálculo proporciona la altura de las nubes. [7]

Ceilómetro láser

Un ceilómetro láser consta de un láser que apunta verticalmente y un receptor en la misma ubicación. Se envía un pulso láser con una duración del orden de nanosegundos a través de la atmósfera. A medida que el haz viaja a través de la atmósfera, pequeñas fracciones de la luz son dispersadas por aerosoles. Generalmente, el tamaño de las partículas en cuestión es similar en tamaño a la longitud de onda del láser. [8] Esta situación conduce a la dispersión de Mie . [9] Un pequeño componente de esta luz dispersada se dirige de vuelta al receptor lidar . [10] La sincronización de la señal recibida se puede transformar en un rango espacial, z , utilizando la velocidad de la luz. Es decir,

donde c es la velocidad de la luz en el aire.

De esta manera, cada pulso de luz láser da como resultado un perfil vertical de concentración de aerosol dentro de la atmósfera. [11] [12] Generalmente, se promediarán muchos perfiles individuales para aumentar la relación señal-ruido y los perfiles promedio se informan en una escala de tiempo de segundos. [13] La presencia de nubes o gotas de agua conduce a una señal de retorno muy fuerte en comparación con los niveles de fondo, lo que permite identificar fácilmente las alturas de las nubes. [14]

Dado que el instrumento registrará cualquier retorno, es posible localizar cualquier capa débil donde se produzca, además de la base de la nube, observando el patrón completo de energía de retorno. Además, la velocidad a la que se produce la difusión se puede registrar por la parte decreciente que regresa al ceilómetro en aire limpio, lo que da el coeficiente de extinción de la señal luminosa. El uso de estos datos podría proporcionar la visibilidad vertical y la posible concentración de contaminantes del aire . Esto se ha desarrollado en investigación y podría aplicarse con fines operativos. [15]

En Nueva Zelanda, MetService opera una red de ceilómetros láser para mediciones de la base de las nubes en aeropuertos comerciales. Estos sensores también se utilizan para mapear las nubes de ceniza volcánica y permitir que el tráfico aéreo comercial evite los daños causados ​​por la ceniza. El movimiento de la ceniza volcánica también se ha rastreado desde áreas como Islandia . [16] [17] [18]

El estudio del comportamiento de los ceilómetros en diversas condiciones de cobertura de nubes ha permitido mejorar los algoritmos para evitar lecturas falsas. [19] La precisión de la medición puede verse afectada por el alcance vertical limitado y la extensión superficial del área de observación de un ceilómetro. [20] [21]

Un uso común de los ceilómetros es monitorear el techo de nubes en los aeropuertos. [22] [23] Un grupo de estudio de Montreal, Canadá, en 2013 recomendó que los ceilómetros se instalen "cerca del umbral de aterrizaje" para aeródromos con pistas de aproximación de precisión, pero también consideró que su ubicación "en el marcador central o a una distancia equivalente" sería aceptable. [24]

Peligros

Los ceilómetros que utilizan luz visible a veces pueden ser fatales para las aves, ya que los animales se desorientan por los rayos de luz y sufren agotamiento y colisiones con otras aves y estructuras. [25] En el peor incidente registrado con un rayo de luz no láser en un ceilómetro, aproximadamente 50.000 aves de 53 especies diferentes murieron en la Base de la Fuerza Aérea Warner Robins en los Estados Unidos durante una noche en 1954. [26]

Los ceilómetros láser utilizan láseres invisibles para observar la base de las nubes. No se recomienda utilizar instrumentos ópticos como binoculares cerca de los ceilómetros, ya que las lentes de los instrumentos podrían concentrar el haz y dañar los ojos. [27] [28]

Véase también

Referencias

  1. ^ Glosario del Servicio Meteorológico Nacional. Administración Nacional Oceánica y Atmosférica. 16 de noviembre de 2012. pág. 60. ISBN 978-1-300-41402-5. Recuperado el 28 de diciembre de 2021 .
  2. ^ Khare, Neloy (20 de agosto de 2021). Entender los entornos árticos presentes y pasados: un enfoque integrado desde la perspectiva del cambio climático. Elsevier. p. 459. ISBN 978-0-12-823078-7. Recuperado el 28 de diciembre de 2021 .
  3. ^ Emeis, Stefan (8 de septiembre de 2010). Teledetección de la capa límite atmosférica desde la superficie. Springer Science & Business Media. ISBN 978-90-481-9340-0. Recuperado el 28 de diciembre de 2021 .
  4. ^ Nadolski, Vickie L., ed. (1998). Guía del usuario del Sistema automatizado de observación de la superficie (ASOS) (PDF) . Guía del usuario del Sistema automatizado de observación de la superficie (ASOS) Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, Armada de los Estados Unidos.
  5. ^ Lipták, Béla G.; Venczel, Kriszta (25 de noviembre de 2016). Medición y Seguridad: Volumen I. Prensa CRC. pag. 1570.ISBN​ 978-1-4987-2766-2. Recuperado el 28 de diciembre de 2021 .
  6. ^ "Más de 15 instrumentos e inventos de pronóstico del tiempo que ayudaron a definir cómo predecimos el tiempo". interestingengineering.com . 23 de marzo de 2020 . Consultado el 28 de diciembre de 2021 .
  7. ^ "Medición automatizada de la visibilidad y la base de nubes". SKYbrary Aviation Safety . 29 de diciembre de 2020 . Consultado el 28 de diciembre de 2021 .
  8. ^ "Sensores de la base de las nubes". Observator . Consultado el 28 de diciembre de 2021 .
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