Hoppa till innehållet

Ceilometer

Från Wikipedia
Ceilometer som utnyttjar laser.

Ceilometer är ett instrument som mäter höjden till molnbasen.[1] Mätningen sker med hjälp av laser eller annan ljuskälla, och samtidigt kan aerosolkoncentrationen i atmosfären mätas.[2] En ceilometer som använder laserljus är en typ av atmosfäriskt lidarinstrument (light detection and ranging).[3][4]

Optisk trumceilometer

[redigera | redigera wikitext]

En optisk trumceilometer använder triangulering för att bestämma höjden på en ljuspunkt som projiceras på molnets botten.[5] Den består huvudsakligen av en roterande projektor, en detektor och en inspelare.[6] Projektorn avger en intensiv ljusstråle upp mot himlen i en vinkel som varierar med rotationen. Detektorn, som är placerad på ett fast avstånd från projektorn, använder en vertikalt riktad fotodetektor. När den upptäcker den projicerade ljusreturen från molnbasen noterar instrumentet vinkeln och en beräkning ger molnens höjd.[7]

Laserceilometer

[redigera | redigera wikitext]

En laserceilometer består av en vertikalt pekande laser och en mottagare på samma plats. En laserpuls med en varaktighet i storleksordningen nanosekunder skickas genom atmosfären. När strålen färdas genom atmosfären sprids små fraktioner av ljuset av aerosoler. I allmänhet är storleken på partiklarna ifråga lika stora som laserns våglängd.[8] Denna situation leder till en Mie-spridning.[9] En liten del av detta spridda ljus riktas tillbaka till lidarmottagaren.[10] Tidpunkten för den mottagna signalen kan omvandlas till ett rumsligt intervall, z, med hjälp av ljusets hastighet. Det är

där c är ljushastigheten i luften.

På detta sätt resulterar varje puls av laserljus i en vertikal profil av aerosolkoncentration i atmosfären.[11][12] I allmänhet kommer många enskilda profiler att i genomsnitt beräknas tillsammans för att öka signal-brusförhållandet och genomsnittliga profiler rapporteras på en tidsskala på sekunder.[13] Närvaron av moln eller vattendroppar leder till en mycket stark retursignal jämfört med bakgrundsnivån, vilket gör att molnhöjder lätt kan bestämmas.[14]

Eftersom instrumentet kommer att notera alla returer är det möjligt att även lokalisera alla svaga lager där de finns, förutom molnets bas, genom att titta på hela mönstret av returnerad energi. Dessutom kan hastigheten med vilken diffusion sker noteras av den minskande delen som återförs till ceilometern i klar luft, vilket ger ljussignalens avklingningskoefficient. Med hjälp av dessa data kan man ge vertikal sikt och möjlig koncentration av luftföroreningar. Detta har utvecklats inom forskningen och kan tillämpas i operativt syfte.[15]

I Nya Zeeland driver MetService ett nätverk av laserceilometrar för molnbasmätningar på kommersiella flygplatser. Dessa sensorer används också för att kartlägga vulkaniska askmoln för att möjliggöra för kommersiell flygtrafik att undvika skador orsakade av aska. Rörelsen av vulkanisk aska har också spårats från områden som Island.[16][17][18]

Undersökning av ceilometrarnas beteende under olika molntäckeförhållanden har lett till förbättring av algoritmer för att undvika falska avläsningar.[19] Mätnoggrannheten kan påverkas av det begränsade vertikala intervallet och den areala omfattningen av en ceilometers observationsområde.[20][21]

Risker

[redigera | redigera wikitext]

Ceilometrar som använder synligt ljus kan ibland vara dödliga för fåglar, eftersom djuren blir desorienterade av ljusstrålarna och drabbas av utmattning och kollisioner med andra fåglar och strukturer.[22] I den värsta registrerade ceilometer-icke-laserljusstråleincidenten dog cirka 50 000 fåglar av 53 olika arter vid Warner Robins Air Force Base i USA under en natt 1954.[23]

Laserceilometrar använder osynliga laserstrålar för att observera molnbasen. Att använda optiska instrument som kikare nära ceilometrar rekommenderas inte, eftersom linser i instrument kan koncentrera strålen och skada ögonen.[24][25]

Referenser

[redigera | redigera wikitext]
Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Ceilometer, 10 februari 2022.
  • Bogren, Jörgen; Torbjörn Gustavsson, Göran Loman (2008). Klimat och väder. Studentlitteratur 

Noter

[redigera | redigera wikitext]
  1. ^ (på engelska) National Weather Service Glossary. The National Oceanic and Atmospheric Administration. 16 november 2012. sid. 60. ISBN 978-1-300-41402-5. https://books.google.com/books?id=_iqUDwAAQBAJ&pg=PA60. Läst 28 december 2021 
  2. ^ Khare, Neloy (20 augusti 2021) (på engelska). Understanding Present and Past Arctic Environments: An Integrated Approach from Climate Change Perspectives. Elsevier. sid. 459. ISBN 978-0-12-823078-7. https://books.google.com/books?id=1TASEAAAQBAJ&pg=PA459. Läst 28 december 2021 
  3. ^ Emeis, Stefan (8 september 2010) (på engelska). Surface-Based Remote Sensing of the Atmospheric Boundary Layer. Springer Science & Business Media. ISBN 978-90-481-9340-0. https://books.google.com/books?id=Sv8PVgZ8U_UC&pg=PA51. Läst 28 december 2021 
  4. ^ Automated Surface Observing System (ASOS) User's Guide. Automated Surface Observing System (ASOS) User’s Guide National Oceanic and Atmospheric Administration, United States Navy. 1998. https://www.weather.gov/media/asos/aum-toc.pdf 
  5. ^ Lipták, Béla G.; Venczel, Kriszta (25 november 2016) (på engelska). Measurement and Safety: Volume I. CRC Press. sid. 1570. ISBN 978-1-4987-2766-2. https://books.google.com/books?id=syINDgAAQBAJ&pg=PA1570. Läst 28 december 2021 
  6. ^ ”15+ Weather Forecast Instruments And Inventions That Helped Define How We Predict the Weather”. interestingengineering.com. 23 mars 2020. https://interestingengineering.com/15-weather-forecast-instruments-and-inventions-that-helped-define-how-we-predict-the-weather. Läst 28 december 2021. 
  7. ^ ”Automated Cloud Base and Visibility Measurement” (på engelska). SKYbrary Aviation Safety. 29 december 2020. https://skybrary.aero/articles/automated-cloud-base-and-visibility-measurement. Läst 28 december 2021. 
  8. ^ ”Cloudbase sensors”. Observator. https://observator.com/instruments/meteo-and-hydro/meteorological-products/cloudbase-sensors/. Läst 28 december 2021. 
  9. ^ He 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). ”Design and Test of Mie Scattering Laser Ceilometer Transmitter”. Applied Laser 30 (4): sid. 333–339. doi:10.3788/AL20103004.0333. https://www.researchgate.net/publication/274677338. Läst 28 december 2021. 
  10. ^ Young, Stuart A (2007). ”INTERPRETATION OF THE MINILIDAR DATA RECORDED AT CAPE GRIM 1998 – 2000”. BASELINE ATMOSPHERIC PROGRAM (AUSTRALIA) 2005-2006. Australian Bureau of Meteorology and CSIRO Marine and Atmospheric Research. sid. 15–24. http://www.cmar.csiro.au/e-print/open/baseline_2005-2006.pdf. Läst 28 december 2021 
  11. ^ Madonna, F.; Amato, F.; Vande Hey, J.; Pappalardo, G. (29 maj 2015). ”Ceilometer aerosol profiling versus Raman lidar in the frame of the INTERACT campaign of ACTRIS”. Atmospheric Measurement Techniques 8 (5): sid. 2207–2223. doi:10.5194/amt-8-2207-2015. https://amt.copernicus.org/articles/8/2207/2015/amt-8-2207-2015.pdf. Läst 28 december 2021. 
  12. ^ Goldsmith, J. E. M.; Blair, Forest H.; Bisson, Scott E.; Turner, David D. (20 juli 1998). ”Turn-key Raman lidar for profiling atmospheric water vapor, clouds, and aerosols” (på engelska). Applied Optics 37 (21): sid. 4979–4990. doi:10.1364/AO.37.004979. ISSN 2155-3165. PMID 18285967. https://doi.org/10.1364/AO.37.004979. Läst 28 december 2021. 
  13. ^ Heese, B.; Flentje, H.; Althausen, D.; Ansmann, A.; Frey, S. (20 december 2010). ”Ceilometer lidar comparison: backscatter coefficient retrieval and signal-to-noise ratio determination” (på engelska). Atmospheric Measurement Techniques 3 (6): sid. 1763–1770. doi:10.5194/amt-3-1763-2010. ISSN 1867-1381. https://amt.copernicus.org/articles/3/1763/2010/. Läst 28 december 2021. 
  14. ^ Li, Dingdong; Wu, Yonghua; Gross, Barry; Moshary, Fred (11 september 2021). ”Capabilities of an Automatic Lidar Ceilometer to Retrieve Aerosol Characteristics within the Planetary Boundary Layer”. Remote Sensing 13 (18): sid. 3626. doi:10.3390/rs13183626. 
  15. ^ Lee, Junhong; Hong, Je-Woo; Lee, Keunmin; Hong, Jinkyu; Velasco, Erik; Lim, Yong Jae; Lee, Jae Bum; Nam, Kipyo; et al. (1 september 2019). ”Ceilometer Monitoring of Boundary-Layer Height and Its Application in Evaluating the Dilution Effect on Air Pollution” (på engelska). Boundary-Layer Meteorology 172 (3): sid. 435–455. doi:10.1007/s10546-019-00452-5. ISSN 1573-1472. https://link.springer.com/article/10.1007/s10546-019-00452-5. Läst 28 december 2021. 
  16. ^ (5 pages) IAVWOPSG.8.WP.024.5.en.docx INTERNATIONAL AIRWAYS VOLCANO WATCH OPERATIONS GROUP (IAVWOPSG) EIGHTH MEETING Melbourne, Australia, 17 to 20 februari 2014. International Civil Aviation Organization. 2014. https://www.icao.int/safety/meteorology/iavwopsg/IAVWOPSG%20Meetings%20Metadata/IAVWOPSG.8.WP.024.5.en.pdf. Läst 28 december 2021 
  17. ^ Flentje, H.; Claude, H.; Elste, T.; Gilge, S.; Köhler, U.; Plass-Dülmer, C.; Steinbrecht, W.; Thomas, W.; et al. (26 oktober 2010). ”The Eyjafjallajökull eruption in april 2010 – detection of volcanic plume using in-situ measurements, ozone sondes and lidar-ceilometer profiles” (på engelska). Atmospheric Chemistry and Physics 10 (20): sid. 10085–10092. doi:10.5194/acp-10-10085-2010. ISSN 1680-7316. https://acp.copernicus.org/articles/10/10085/2010/. Läst 28 december 2021. 
  18. ^ Gasteiger, J.; Groß, S.; Freudenthaler, V.; Wiegner, M. (11 mars 2011). ”Volcanic ash from Iceland over Munich: mass concentration retrieved from ground-based remote sensing measurements” (på engelska). Atmospheric Chemistry and Physics 11 (5): sid. 2209–2223. doi:10.5194/acp-11-2209-2011. ISSN 1680-7316. https://doi.org/10.5194/acp-11-2209-2011. Läst 28 december 2021. 
  19. ^ Martucci, Giovanni; Milroy, Conor; O’Dowd, Colin D. (1 februari 2010). ”Detection of Cloud-Base Height Using Jenoptik CHM15K and Vaisala CL31 Ceilometers” (på engelska). Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 27 (2): sid. 305–318. doi:10.1175/2009JTECHA1326.1. ISSN 0739-0572. https://journals.ametsoc.org/view/journals/atot/27/2/2009jtecha1326_1.xml. Läst 28 december 2021. 
  20. ^ Wagner, Timothy J.; Kleiss, Jessica M. (1 juli 2016). ”Error Characteristics of Ceilometer-Based Observations of Cloud Amount” (på engelska). Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 33 (7): sid. 1557–1567. doi:10.1175/JTECH-D-15-0258.1. ISSN 0739-0572. https://doi.org/10.1175/JTECH-D-15-0258.1. Läst 28 december 2021. 
  21. ^ Maturilli, Marion; Ebell, Kerstin (15 augusti 2018). ”Twenty-five years of cloud base height measurements by ceilometer in Ny-Ålesund, Svalbard” (på engelska). Earth System Science Data 10 (3): sid. 1451–1456. doi:10.5194/essd-10-1451-2018. ISSN 1866-3508. https://doi.org/10.5194/essd-10-1451-2018. Läst 28 december 2021. 
  22. ^ Allen, Nick (15 september 2010). ”10,000 birds trapped in Twin Towers memorial light”. The Telegraph. https://www.telegraph.co.uk/news/worldnews/northamerica/usa/8005051/10000-birds-trapped-in-Twin-Towers-memorial-light.html. Läst 28 december 2021. 
  23. ^ Johnston, D (1957). ”Analysis of Mass Bird Mortality in October, 1954”. The Auk 74 (4): sid. 447. doi:10.2307/4081744. 
  24. ^ ”Vaisala Ceilometer CL31 User'S Guide”. www.iag.co.at. Arkiverad från originalet den 2 april 2015. https://web.archive.org/web/20150402120142/http://www.iag.co.at/uploads/tx_iagproducts/pdf_handbuch/CL31.de.pdf. Läst 2 april 2015. 
  25. ^ Gaumet, J. L.; Heinrich, J. C.; Cluzeau, M.; Pierrard, P.; Prieur, J. (1 februari 1998). <0037:CBHMWA>2.0.CO;2 ”Cloud-Base Height Measurements with a Single-Pulse Erbium-Glass Laser Ceilometer” (på engelska). Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 15 (1): sid. 37–45. doi:10.1175/1520-0426(1998)015<0037:CBHMWA>2.0.CO;2. ISSN 0739-0572. https://doi.org/10.1175/1520-0426(1998)015<0037:CBHMWA>2.0.CO;2. Läst 28 december 2021. 

Externa länkar

[redigera | redigera wikitext]
Hämtad från ”https://sv.wikipedia.org/w/index.php?title=Ceilometer&oldid=55335248”