Облакомер

Облакомер — это устройство, которое использует лазер или другой источник света для определения высоты потолка или нижней границы облаков . ^[1] Облакомеры также можно использовать для измерения концентрации аэрозолей в атмосфере. ^[2] Облакомер, использующий лазерный свет, представляет собой тип атмосферного лидара (обнаружения света и измерения дальности). ^[3]^[4]

Оптический барабанный облакомер

Облакомер с оптическим барабаном использует триангуляцию для определения высоты светового пятна, проецируемого на основание облака . ^[5] По сути, он состоит из вращающегося проектора, детектора и записывающего устройства. ^[6] Проектор излучает интенсивный луч света в небо под углом, который меняется в зависимости от вращения. Детектор, расположенный на фиксированном расстоянии от проектора, использует фотодетектор, направленный вертикально. Когда он обнаруживает проецируемый отраженный свет от основания облаков, прибор отмечает угол, и расчет дает высоту облаков. ^[7]

Лазерный облакомер

Лазерный облакомер состоит из вертикально направленного лазера и приемника, расположенного в одном месте. Через атмосферу пропускается лазерный импульс длительностью порядка наносекунд. Когда луч проходит через атмосферу, крошечные части света рассеиваются аэрозолями. Обычно размер рассматриваемых частиц аналогичен длине волны лазера. ^[8] Эта ситуация приводит к рассеянию Ми . ^[9] Небольшой компонент этого рассеянного света направляется обратно в приемник лидара . ^[10] Время принятого сигнала можно преобразовать в пространственный диапазон z , используя скорость света. То есть,

distance={\frac {c\delta t}{2}}

где с — скорость света в воздухе.

Таким образом, каждый импульс лазерного света приводит к созданию вертикального профиля концентрации аэрозолей в атмосфере. ^[11]^[12] Обычно многие отдельные профили усредняются вместе, чтобы увеличить соотношение сигнал/шум , а средние профили сообщаются во временной шкале в секундах. ^[13] Присутствие облаков или капель воды приводит к очень сильному отраженному сигналу по сравнению с фоновыми уровнями, что позволяет легко определить высоту облаков. ^[14]

Поскольку прибор фиксирует любые возвраты, можно определить местонахождение любого слабого слоя, в котором они возникают, помимо основания облака, рассматривая всю структуру возвращаемой энергии. Кроме того, скорость, с которой происходит диффузия, можно определить по уменьшающейся части, возвращаемой в облакомер при ясном воздухе, что дает коэффициент затухания светового сигнала. Использование этих данных могло бы дать информацию о вертикальной видимости и возможной концентрации загрязнителей воздуха . Это было разработано в ходе исследований и может быть применено в оперативных целях. ^[15]

В Новой Зеландии MetService управляет сетью лазерных облакомеров для измерения нижней границы облаков в коммерческих аэропортах. Эти датчики также используются для картографирования облаков вулканического пепла, чтобы коммерческие воздушные перевозки могли избежать ущерба, причиненного пеплом. Движение вулканического пепла также отслеживалось в таких районах, как Исландия . ^[16]^[17]^[18]

Исследование поведения облакомеров в различных условиях облачности привело к усовершенствованию алгоритмов, позволяющих избежать ложных показаний. ^[19] На точность измерений может повлиять ограниченный вертикальный диапазон и площадь зоны наблюдения облакомера. ^[20]^[21]

Облакомеры обычно используются для мониторинга потолка облаков в аэропортах. ^[22]^[23]Исследовательская группа из Монреаля, Канада, в 2013 году рекомендовала устанавливать облакомеры «близко к посадочному порогу» для аэродромов с взлетно-посадочными полосами точного захода на посадку, но также сочла их расположение «на среднем маркере или на эквивалентном расстоянии» приемлемым. ^[24]

Опасности

Облакомеры, использующие видимый свет, иногда могут быть смертельными для птиц, поскольку животные дезориентируются световыми лучами, страдают от истощения и сталкиваются с другими птицами и постройками. ^[25] В результате самого страшного зарегистрированного инцидента с облакомером, не связанного с лазерным световым лучом, около 50 000 птиц 53 различных видов погибли на базе ВВС Уорнер Робинс в Соединенных Штатах за одну ночь в 1954 году. ^[26]

Лазерные облакомеры используют невидимые лазеры для наблюдения за нижней границей облаков. Не рекомендуется использовать оптические инструменты, такие как бинокль, рядом с облакомерами, поскольку линзы в приборах могут сконцентрировать луч и повредить глаза. ^[27]^[28]

См. также

Автоматизированная метеостанция аэропорта

Ссылки

^ Глоссарий Национальной метеорологической службы . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. 16 ноября 2012 г. с. 60. ИСБН 978-1-300-41402-5 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Харе, Нелой (20 августа 2021 г.). Понимание нынешней и прошлой окружающей среды Арктики: комплексный подход с точки зрения изменения климата . Эльзевир. п. 459. ИСБН 978-0-12-823078-7 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Эмейс, Стефан (8 сентября 2010 г.). Наземное дистанционное зондирование пограничного слоя атмосферы . Springer Science & Business Media. ISBN 978-90-481-9340-0 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Надольски, Вики Л., изд. (1998). Руководство пользователя Автоматизированной системы приземных наблюдений (ASOS) (PDF) . Руководство пользователя Автоматизированной системы приземных наблюдений (ASOS) Национального управления океанических и атмосферных исследований, ВМС США.
^ Липтак, Бела Г.; Венцель, Криста (25 ноября 2016 г.). Измерение и безопасность: Том I. ЦРК Пресс. п. 1570. ИСБН 978-1-4987-2766-2 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ «15+ инструментов и изобретений для прогнозирования погоды, которые помогли определить, как мы предсказываем погоду» . Интересный инжиниринг.com . 23 марта 2020 г. Проверено 28 декабря 2021 г.
^ «Автоматическое измерение базы облаков и видимости» . SKYbrary Авиационная безопасность . 29 декабря 2020 г. Проверено 28 декабря 2021 г.
^ «Облачные датчики» . Наблюдатель . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ , Чэнь Чжэньи, Жуань Цзюнь; Ли Шэн, Ли Шэн (2010). Хэ Цзюньфэн, Лю Вэньцин, Лю Вэньцин; Чжан Юйцзюнь . Прикладной лазер . 30 (4): 333–339. doi : 10.3788/AL20103004.0333 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Янг, Стюарт А. (2007). «ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ МИНИЛИДАРА, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫХ НА МЫСЕ ГРИМ В 1998–2000 ГГ.». БАЗОВАЯ АТМОСФЕРНАЯ ПРОГРАММА (АВСТРАЛИЯ) 2005-2006 гг. (PDF) . Австралийское бюро метеорологии и CSIRO по морским и атмосферным исследованиям. стр. 15–24 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Мадонна, Ф.; Амато, Ф.; Ванде Эй, Дж.; Паппалардо, Г. (29 мая 2015 г.). «Профилирование аэрозоля облакомером по сравнению с рамановским лидаром в рамках кампании INTERACT компании ACTRIS» (PDF) . Методы измерения атмосферы . 8 (5): 2207–2223. Бибкод : 2015АМТ.....8.2207М . дои : 10.5194/amt-8-2207-2015 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Голдсмит, JEM; Блэр, Форест Х.; Биссон, Скотт Э.; Тернер, Дэвид Д. (20 июля 1998 г.). «Рамановский лидар «под ключ» для профилирования водяного пара, облаков и аэрозолей в атмосфере» . Прикладная оптика . 37 (21): 4979–4990. Бибкод : 1998ApOpt..37.4979G . дои : 10.1364/AO.37.004979 . ISSN 2155-3165 . ПМИД 18285967 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Хиз, Б.; Флентье, Х.; Альтхаузен, Д.; Ансманн, А.; Фрей, С. (20 декабря 2010 г.). «Сравнение облакомеров с лидаром: определение коэффициента обратного рассеяния и определение отношения сигнал/шум» . Методы измерения атмосферы . 3 (6): 1763–1770. Бибкод : 2010AMT.....3.1763H . дои : 10.5194/amt-3-1763-2010 . ISSN 1867-1381 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Ли, Диндун; Ву, Юнхуа; Гросс, Барри; Мошари, Фред (11 сентября 2021 г.). «Возможности автоматического лидарного облакомера по определению характеристик аэрозоля в пределах планетарного пограничного слоя» . Дистанционное зондирование . 13 (18): 3626. Бибкод : 2021RemS...13.3626L . дои : 10.3390/rs13183626 .
^ Ли, Джунхонг; Хонг, Дже-Ву; Ли, Гынмин; Хонг, Джинкю; Веласко, Эрик; Лим, Ён Джэ; Ли, Джэ Бом; Нам, Кипё; Пак, Джихун (1 сентября 2019 г.). «Облакомерный мониторинг высоты пограничного слоя и его применение для оценки влияния разбавления на загрязнение воздуха» . Метеорология пограничного слоя . 172 (3): 435–455. Бибкод : 2019BoLMe.172..435L . дои : 10.1007/s10546-019-00452-5 . ISSN 1573-1472 . S2CID 164390037 .
^ (5 страниц) IAVWOPSG.8.WP.024.5.en.docx ГРУППА ПО НАблюдению за вулканами INTERNATIONAL AIRWAYS (IAVWOPSG) ВОСЬМОЕ ЗАСЕДАНИЕ Мельбурн, Австралия, 17–20 февраля 2014 г. (PDF) . Международная организация гражданской авиации. 2014 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Флентье, Х.; Клод, Х.; Эльсте, Т.; Гилге, С.; Келер, У.; Пласс-Дюльмер, К.; Штайнбрехт, В.; Томас, В.; Вернер, А.; Фрике, В. (26 октября 2010 г.). «Извержение Эйяфьятлайокудля в апреле 2010 года – обнаружение вулканического шлейфа с помощью натурных измерений, озоновых зондов и профилей лидар-облакомера» . Химия и физика атмосферы . 10 (20): 10085–10092. Бибкод : 2010ACP....1010085F . дои : 10.5194/acp-10-10085-2010 . ISSN 1680-7316 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Гастайгер, Дж.; Гросс, С.; Фройденталер, В.; Вигнер, М. (11 марта 2011 г.). «Вулканический пепел из Исландии над Мюнхеном: массовая концентрация, полученная в результате наземных измерений дистанционного зондирования» . Химия и физика атмосферы . 11 (5): 2209–2223. Бибкод : 2011ACP....11.2209G . дои : 10.5194/acp-11-2209-2011 . ISSN 1680-7316 . S2CID 55043157 .
^ Мартуччи, Джованни; Милрой, Конор; О'Дауд, Колин Д. (1 февраля 2010 г.). «Определение высоты нижней границы облаков с помощью облакомеров Jenoptik CHM15K и Vaisala CL31» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 27 (2): 305–318. Бибкод : 2010JAtOT..27..305M . дои : 10.1175/2009JTECHA1326.1 . ISSN 0739-0572 . S2CID 122654074 .
^ Вагнер, Тимоти Дж.; Кляйсс, Джессика М. (1 июля 2016 г.). «Характеристики ошибок наблюдений количества облаков с помощью облакомеров» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 33 (7): 1557–1567. Бибкод : 2016JAtOT..33.1557W . doi : 10.1175/JTECH-D-15-0258.1 . ISSN 0739-0572 .
^ Матурилли, Мэрион; Эбелл, Керстин (15 августа 2018 г.). «Двадцать пять лет измерений высоты нижней границы облаков облакомером в Ню-Олесунне, Шпицберген» . Данные науки о системе Земли . 10 (3): 1451–1456. Бибкод : 2018ESSD...10.1451M . дои : 10.5194/essd-10-1451-2018 . ISSN 1866-3508 . S2CID 59445246 .
^ «Как сообщается о потолках облаков» . www.boldmethod.com . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ «Лазерный облакомер AWI модели 8339, сертифицированный FAA — All Weather Inc» . All Weather Inc. Проверено 28 декабря 2021 г.
^ (3 страницы) AMOFSG.10.SN.012.5.en.docx ГРУППА АЭРОДРОМНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ И ПРОГНОЗНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ (AMOFSG) ДЕСЯТОЕ ЗАСЕДАНИЕ Монреаль, 17–19 июня 2013 г. (PDF) . АМОФСГ. 2013 . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Аллен, Ник (15 сентября 2010 г.). «10 000 птиц оказались в ловушке в мемориальном свете башен-близнецов» . Телеграф . Проверено 28 декабря 2021 г.
^ Джонстон, Д; Хейнс (1957). «Анализ массовой смертности птиц в октябре 1954 года» . Аук . 74 (4): 447. дои : 10.2307/4081744 . JSTOR 4081744 .
^ «Руководство пользователя облакомера Vaisala CL31» (PDF) . www.iag.co.at. Архивировано из оригинала (PDF) 2 апреля 2015 г. Проверено 2 апреля 2015 г.
^ Гауме, Дж.Л.; Генрих, JC; Клюзо, М.; Пьеррард, П.; Приер, Ж. (1 февраля 1998 г.). «Измерения высоты нижней границы облаков с помощью одноимпульсного лазерного облакомера на эрбиевом стекле» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 15 (1): 37–45. Бибкод : 1998JAtOT..15...37G . doi : 10.1175/1520-0426(1998)015<0037:CBHMWA>2.0.CO;2 . ISSN 0739-0572 .

Внешние ссылки

[glossary-1] Глоссарий Национальной метеорологической службы . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. 16 ноября 2012 г. с. 60. ИСБН 978-1-300-41402-5 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Khare-2] Харе, Нелой (20 августа 2021 г.). Понимание нынешней и прошлой окружающей среды Арктики: комплексный подход с точки зрения изменения климата . Эльзевир. п. 459. ИСБН 978-0-12-823078-7 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Emeis-3] Эмейс, Стефан (8 сентября 2010 г.). Наземное дистанционное зондирование пограничного слоя атмосферы . Springer Science & Business Media. ISBN 978-90-481-9340-0 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[ASOS-4] Надольски, Вики Л., изд. (1998). Руководство пользователя Автоматизированной системы приземных наблюдений (ASOS) (PDF) . Руководство пользователя Автоматизированной системы приземных наблюдений (ASOS) Национального управления океанических и атмосферных исследований, ВМС США.

[Lipták-5] Липтак, Бела Г.; Венцель, Криста (25 ноября 2016 г.). Измерение и безопасность: Том I. ЦРК Пресс. п. 1570. ИСБН 978-1-4987-2766-2 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Inventions-6] «15+ инструментов и изобретений для прогнозирования погоды, которые помогли определить, как мы предсказываем погоду» . Интересный инжиниринг.com . 23 марта 2020 г. Проверено 28 декабря 2021 г.

[SKYbrary-7] «Автоматическое измерение базы облаков и видимости» . SKYbrary Авиационная безопасность . 29 декабря 2020 г. Проверено 28 декабря 2021 г.

[Cloudbase-8] «Облачные датчики» . Наблюдатель . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Junfeng-9] , Чэнь Чжэньи, Жуань Цзюнь; Ли Шэн, Ли Шэн (2010). Хэ Цзюньфэн, Лю Вэньцин, Лю Вэньцин; Чжан Юйцзюнь . Прикладной лазер . 30 (4): 333–339. doi : 10.3788/AL20103004.0333 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Young-10] Янг, Стюарт А. (2007). «ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ МИНИЛИДАРА, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫХ НА МЫСЕ ГРИМ В 1998–2000 ГГ.». БАЗОВАЯ АТМОСФЕРНАЯ ПРОГРАММА (АВСТРАЛИЯ) 2005-2006 гг. (PDF) . Австралийское бюро метеорологии и CSIRO по морским и атмосферным исследованиям. стр. 15–24 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Madonna-11] Мадонна, Ф.; Амато, Ф.; Ванде Эй, Дж.; Паппалардо, Г. (29 мая 2015 г.). «Профилирование аэрозоля облакомером по сравнению с рамановским лидаром в рамках кампании INTERACT компании ACTRIS» (PDF) . Методы измерения атмосферы . 8 (5): 2207–2223. Бибкод : 2015АМТ.....8.2207М . дои : 10.5194/amt-8-2207-2015 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Goldsmith-12] Голдсмит, JEM; Блэр, Форест Х.; Биссон, Скотт Э.; Тернер, Дэвид Д. (20 июля 1998 г.). «Рамановский лидар «под ключ» для профилирования водяного пара, облаков и аэрозолей в атмосфере» . Прикладная оптика . 37 (21): 4979–4990. Бибкод : 1998ApOpt..37.4979G . дои : 10.1364/AO.37.004979 . ISSN 2155-3165 . ПМИД 18285967 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Heese-13] Хиз, Б.; Флентье, Х.; Альтхаузен, Д.; Ансманн, А.; Фрей, С. (20 декабря 2010 г.). «Сравнение облакомеров с лидаром: определение коэффициента обратного рассеяния и определение отношения сигнал/шум» . Методы измерения атмосферы . 3 (6): 1763–1770. Бибкод : 2010AMT.....3.1763H . дои : 10.5194/amt-3-1763-2010 . ISSN 1867-1381 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Li-14] Ли, Диндун; Ву, Юнхуа; Гросс, Барри; Мошари, Фред (11 сентября 2021 г.). «Возможности автоматического лидарного облакомера по определению характеристик аэрозоля в пределах планетарного пограничного слоя» . Дистанционное зондирование . 13 (18): 3626. Бибкод : 2021RemS...13.3626L . дои : 10.3390/rs13183626 .

[Lee-15] Ли, Джунхонг; Хонг, Дже-Ву; Ли, Гынмин; Хонг, Джинкю; Веласко, Эрик; Лим, Ён Джэ; Ли, Джэ Бом; Нам, Кипё; Пак, Джихун (1 сентября 2019 г.). «Облакомерный мониторинг высоты пограничного слоя и его применение для оценки влияния разбавления на загрязнение воздуха» . Метеорология пограничного слоя . 172 (3): 435–455. Бибкод : 2019BoLMe.172..435L . дои : 10.1007/s10546-019-00452-5 . ISSN 1573-1472 . S2CID 164390037 .

[IAVWOPSG-16] (5 страниц) IAVWOPSG.8.WP.024.5.en.docx ГРУППА ПО НАблюдению за вулканами INTERNATIONAL AIRWAYS (IAVWOPSG) ВОСЬМОЕ ЗАСЕДАНИЕ Мельбурн, Австралия, 17–20 февраля 2014 г. (PDF) . Международная организация гражданской авиации. 2014 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Flentje-17] Флентье, Х.; Клод, Х.; Эльсте, Т.; Гилге, С.; Келер, У.; Пласс-Дюльмер, К.; Штайнбрехт, В.; Томас, В.; Вернер, А.; Фрике, В. (26 октября 2010 г.). «Извержение Эйяфьятлайокудля в апреле 2010 года – обнаружение вулканического шлейфа с помощью натурных измерений, озоновых зондов и профилей лидар-облакомера» . Химия и физика атмосферы . 10 (20): 10085–10092. Бибкод : 2010ACP....1010085F . дои : 10.5194/acp-10-10085-2010 . ISSN 1680-7316 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Gasteiger-18] Гастайгер, Дж.; Гросс, С.; Фройденталер, В.; Вигнер, М. (11 марта 2011 г.). «Вулканический пепел из Исландии над Мюнхеном: массовая концентрация, полученная в результате наземных измерений дистанционного зондирования» . Химия и физика атмосферы . 11 (5): 2209–2223. Бибкод : 2011ACP....11.2209G . дои : 10.5194/acp-11-2209-2011 . ISSN 1680-7316 . S2CID 55043157 .

[Martucci-19] Мартуччи, Джованни; Милрой, Конор; О'Дауд, Колин Д. (1 февраля 2010 г.). «Определение высоты нижней границы облаков с помощью облакомеров Jenoptik CHM15K и Vaisala CL31» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 27 (2): 305–318. Бибкод : 2010JAtOT..27..305M . дои : 10.1175/2009JTECHA1326.1 . ISSN 0739-0572 . S2CID 122654074 .

[Wagner-20] Вагнер, Тимоти Дж.; Кляйсс, Джессика М. (1 июля 2016 г.). «Характеристики ошибок наблюдений количества облаков с помощью облакомеров» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 33 (7): 1557–1567. Бибкод : 2016JAtOT..33.1557W . doi : 10.1175/JTECH-D-15-0258.1 . ISSN 0739-0572 .

[Maturilli-21] Матурилли, Мэрион; Эбелл, Керстин (15 августа 2018 г.). «Двадцать пять лет измерений высоты нижней границы облаков облакомером в Ню-Олесунне, Шпицберген» . Данные науки о системе Земли . 10 (3): 1451–1456. Бибкод : 2018ESSD...10.1451M . дои : 10.5194/essd-10-1451-2018 . ISSN 1866-3508 . S2CID 59445246 .

[22] «Как сообщается о потолках облаков» . www.boldmethod.com . Проверено 28 декабря 2021 г.

[FAA-23] «Лазерный облакомер AWI модели 8339, сертифицированный FAA — All Weather Inc» . All Weather Inc. Проверено 28 декабря 2021 г.

[AMOFSG-24] (3 страницы) AMOFSG.10.SN.012.5.en.docx ГРУППА АЭРОДРОМНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ И ПРОГНОЗНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ (AMOFSG) ДЕСЯТОЕ ЗАСЕДАНИЕ Монреаль, 17–19 июня 2013 г. (PDF) . АМОФСГ. 2013 . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Allen-25] Аллен, Ник (15 сентября 2010 г.). «10 000 птиц оказались в ловушке в мемориальном свете башен-близнецов» . Телеграф . Проверено 28 декабря 2021 г.

[Johnston-26] Джонстон, Д; Хейнс (1957). «Анализ массовой смертности птиц в октябре 1954 года» . Аук . 74 (4): 447. дои : 10.2307/4081744 . JSTOR 4081744 .

[27] «Руководство пользователя облакомера Vaisala CL31» (PDF) . www.iag.co.at. Архивировано из оригинала (PDF) 2 апреля 2015 г. Проверено 2 апреля 2015 г.

[Gaumet-28] Гауме, Дж.Л.; Генрих, JC; Клюзо, М.; Пьеррард, П.; Приер, Ж. (1 февраля 1998 г.). «Измерения высоты нижней границы облаков с помощью одноимпульсного лазерного облакомера на эрбиевом стекле» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 15 (1): 37–45. Бибкод : 1998JAtOT..15...37G . doi : 10.1175/1520-0426(1998)015<0037:CBHMWA>2.0.CO;2 . ISSN 0739-0572 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]