Ceilómetro

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 atmosférico (detección y medición de luz). ^{[ 3 ] [ 4 ]}

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 ]} Consta esencialmente de 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, situado a una distancia fija del proyector, utiliza un fotodetector apuntando verticalmente. Al detectar el reflejo de la luz proyectada desde la base de la nube, el instrumento registra el ángulo y el cálculo proporciona la altura de las nubes. ^{[ 7 ]}

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 al tamaño de 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 ]} El tiempo de la señal recibida se puede transformar en un rango espacial, z , utilizando la velocidad de la luz. Es decir,

${\displaystyle {\text{distancia}}={\frac {c\delta t}{2}}}$

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

De esta forma, cada pulso de luz láser produce un perfil vertical de concentración de aerosoles en la atmósfera. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Generalmente, se promedian 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 produce 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 registra cualquier retorno, es posible localizar cualquier capa tenue donde se produce, además de la base de la nube, observando el patrón completo de energía reflejada. Además, la velocidad a la que se produce la difusión se puede observar a partir de la disminución de la parte que regresa al ceilómetro en aire claro, lo que proporciona el coeficiente de extinción de la señal luminosa. El uso de estos datos podría proporcionar la visibilidad vertical y la posible concentración de contaminantes atmosféricos . Esto se ha desarrollado en la investigación y podría aplicarse con fines operativos. ^{[ 15 ]}

En Nueva Zelanda, MetService opera una red de ceilómetros láser para medir la altura 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 examen del comportamiento de los ceilómetros bajo diversas condiciones de nubosidad ha llevado a la mejora de los algoritmos para evitar lecturas erróneas. ^{[ 19 ]} La precisión de la medición puede verse afectada por el rango vertical limitado y la extensión areal del área de observación de un ceilómetro. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

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

Los ceilómetros que utilizan 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. ^{[ 25 ]} En el peor incidente registrado con un ceilómetro que utilizaba un haz de luz no láser, 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 de 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 los ceilómetros, ya que las lentes de estos instrumentos podrían concentrar el haz y dañar los ojos. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

• Estación meteorológica automatizada del aeropuerto

• Biblioteca Digital Nacional de Ciencias - Ceilómetro
• Ceilometer archivado el 6 de julio de 2011 en la Wayback Machine de la Universidad McGill.
• Página del ceilómetro ASOS del Servicio Meteorológico Nacional