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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 en la atmósfera. [2] Un ceilómetro que utiliza luz láser es un tipo de instrumento lidar (detección y alcance de luz) atmosférico . [3] [4]

Ceilómetro de tambor óptico

Un ceilómetro de tambor óptico utiliza 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 intenso haz de luz 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 la luz proyectada desde la base de las nubes, el instrumento registra el ángulo y el cálculo da la altura de las nubes. [7]

Ceilómetro láser

Un ceilómetro láser consta de un láser que apunta verticalmente y un receptor en el mismo lugar. 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, los aerosoles dispersan pequeñas fracciones de la luz. Generalmente, el tamaño de las partículas en cuestión es similar a la longitud de onda del láser. [8] Esta situación lleva a que Mie se disperse . [9] Un pequeño componente de esta luz dispersa se dirige de regreso al receptor lidar . [10] La sincronización de la señal recibida se puede transformar en un rango espacial, z , utilizando la velocidad de la luz. Eso es,

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 aerosoles en la atmósfera. [11] [12] Generalmente, muchos perfiles individuales se promediarán juntos 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 genera una señal de retorno muy fuerte en comparación con los niveles de fondo, lo que permite identificar fácilmente la altura 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 devuelta. Además, la velocidad a la que se produce la difusión se puede observar mediante la parte decreciente que regresa al ceilómetro en aire claro, lo que da el coeficiente de extinción de la señal luminosa. El uso de estos datos podría dar 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 cenizas volcánicas para permitir que el tráfico aéreo comercial evite los daños causados ​​por las cenizas. El movimiento de las cenizas volcánicas también ha sido rastreado desde zonas como Islandia . [16] [17] [18]

El examen del comportamiento de los ceilómetros en diversas condiciones de nubosidad ha permitido mejorar los algoritmos para evitar lecturas falsas. [19] La precisión de la medición puede verse afectada por el rango vertical limitado y la extensión 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, recomendó en 2013 que los ceilómetros deberían instalarse "cerca del umbral de aterrizaje" para aeródromos con pistas de aproximación de precisión, pero también consideró su ubicación "en el marcador medio o a una distancia equivalente "para ser 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 de 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 el uso de instrumentos ópticos como binoculares cerca de ceilómetros, porque las lentes de los instrumentos podrían concentrar el haz y dañar los ojos. [27] [28]

Ver también

Referencias

  1. ^ Glosario del Servicio Meteorológico Nacional. La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica. 16 de noviembre de 2012. p. 60.ISBN​ 978-1-300-41402-5. Consultado el 28 de diciembre de 2021 .
  2. ^ Khare, Neloy (20 de agosto de 2021). Comprensión de los entornos árticos presentes y pasados: un enfoque integrado desde la perspectiva del cambio climático. Elsevier. pag. 459.ISBN​ 978-0-12-823078-7. Consultado el 28 de diciembre de 2021 .
  3. ^ Emeis, Stefan (8 de septiembre de 2010). Teledetección superficial de la capa límite atmosférica. Medios de ciencia y negocios de Springer. ISBN 978-90-481-9340-0. Consultado el 28 de diciembre de 2021 .
  4. ^ Nadolski, Vickie L., ed. (1998). Guía del usuario del sistema automatizado de observación de superficies (ASOS) (PDF) . Guía del usuario del Sistema automatizado de observación de superficies (ASOS) Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, Marina 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. Consultado el 28 de diciembre de 2021 .
  6. ^ "Más de 15 instrumentos e inventos de pronóstico del tiempo que ayudaron a definir cómo predecimos el clima". interesanteingeniería.com . 23 de marzo de 2020 . Consultado el 28 de diciembre de 2021 .
  7. ^ "Medición automatizada de la visibilidad y la base de la nube". Seguridad de la aviación de SKYbrary . 29 de diciembre de 2020 . Consultado el 28 de diciembre de 2021 .
  8. ^ "Sensores de base de nube". Observador . Consultado el 28 de diciembre de 2021 .
  9. ^ Él Junfeng, 何俊峰; Liu Wenqing, 刘文清; Zhang Yujun, 张玉钧; Chen Zhenyi, 陈臻懿; Ruan Jun, 阮俊; Li Sheng, 李胜 (2010). "Diseño y prueba del transmisor de ceilómetro láser de dispersión Mie". Láser Aplicado . 30 (4): 333–339. doi : 10.3788/AL20103004.0333 . Consultado el 28 de diciembre de 2021 .
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enlaces externos

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