Ceilómetro

Ceilometro 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. Los nefobasímetros también se pueden utilizar para medir la concentración de aerosoles en la atmósfera. Un nefobasímetro que utiliza luz láser es un tipo de instrumento lidar atmosférico (detección y rango de luz).

Nefobasímetro de tambor óptico

Un nefobasímetro de tambor óptico utiliza la triangulación para determinar la altura de un punto de luz proyectado sobre la base de la nube. Consiste esencialmente en un proyector giratorio, un detector y una grabadora. 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 la nube, el instrumento anota el ángulo y el cálculo da la altura de las nubes.

Nefobasímetro láser

Un nefobasímetro láser consta de un láser que apunta verticalmente y un receptor en la misma ubicación. Un pulso láser con una duración del orden de nanosegundos se envía 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 en tamaño a la longitud de onda del láser. Esta situación conduce a la dispersión de Mie. Un pequeño componente de esta luz dispersa se dirige de regreso al receptor lidar. El tiempo de la señal recibida se puede transformar en un rango espacial, z, usando la velocidad de la luz. Eso es,

distance=cδ δ t2{displaystyle distance={frac {cdelta t} {2}}

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 dentro de la atmósfera. Por lo general, 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. 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.

Dado que el instrumento notará cualquier retorno, es posible ubicar cualquier capa tenue donde ocurra, además de la base de la nube, observando el patrón completo de energía devuelta. Además, la velocidad a la que se produce la difusión puede observarse por la parte decreciente devuelta al nefobasímetro en aire limpio, 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 la investigación y podría aplicarse con fines operativos.

En Nueva Zelanda, MetService opera una red de nefobasímetros láser para mediciones de la base de las nubes en aeropuertos comerciales. Estos sensores también se utilizan para mapear nubes de cenizas volcánicas para permitir que el tráfico aéreo comercial evite los daños causados por las cenizas. También se ha rastreado el movimiento de ceniza volcánica desde áreas como Islandia.

El examen del comportamiento de los nefobasímetros en diversas condiciones de nubosidad ha llevado a la mejora de los algoritmos para evitar lecturas falsas. La precisión de la medición puede verse afectada por el rango vertical limitado y la extensión de área del área de observación de un nefobasímetro.

Un uso común de los nefobasímetros es monitorear el techo de nubes de los aeropuertos. Un grupo de estudio de Montreal, Canadá, en 2013 recomendó que los nefobasímetros se instalaran "cerca del umbral de aterrizaje" para aeródromos con pistas para aproximaciones de precisión, pero también consideró su ubicación "en la baliza intermedia o a una distancia equivalente" para ser aceptable.

Peligros

Los nefobasímetros que usan luz visible a veces pueden ser fatales para las aves, ya que los animales se desorientan por los haces de luz y sufren agotamiento y colisiones con otras aves y estructuras. En el peor incidente de haz de luz no láser del ceilómetro registrado, 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.

Los nefobasímetros láser utilizan láseres invisibles para observar la base de la nube. No se recomienda el uso de instrumentos ópticos como binoculares cerca de nefobasímetros, ya que las lentes de los instrumentos podrían concentrar el haz y dañar los ojos.