Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бұлттың биіктігін өлшеуге арналған жер бетіндегі лидар.
Ground based lidar for cloud height measurement
Төбе өлшегіш – бұлттың төбесінің немесе негізінің биіктігін анықтау үшін лазер немесе басқа жарық көзін пайдаланатын құрал. Төбе өлшегіштер атмосферадағы аэрозольдің мөлшерін өлшеуге де қолданылуы мүмкін. Лазер сәулесін пайдаланатын төбе өлшегіш – атмосфералық лидар (жарық анықтау және қашықтық өлшеу) құралының бір түрі.
A ceilometer is a device that uses a laser or other light source to determine the height of a cloud ceiling or cloud base. Ceilometers can also be used to measure the aerosol concentration within the atmosphere. A ceilometer that uses laser light is a type of atmospheric lidar (light detection and ranging) instrument.
Оптикалық барабанның төбе өлшегіші
Оптикалық барабанды төбе өлшегіш бұлттың төменгі жағына проекцияланған жарық нүктесінің биіктігін анықтау үшін триангуляцияны пайдаланады. Ол негізінен айналмалы проектордан, детектордан және тіркегіштен тұрады. Проектор айналумен өзгеретін бұрышпен аспанға қарқынды жарық сәулесін шығарады. Проектордан белгілі бір қашықтықта орналасқан детектор тік бағытталған фотодетекторды қолданады. Детектор бұлттың төменгі жағынан қайтарылған проекцияланған жарықты анықтағанда, құрал бұрышты тіркеп, есептеу нәтижесінде бұлттардың биіктігін анықтайды.
An optical drum ceilometer uses triangulation to determine the height of a spot of light projected onto the base of the cloud. It consists essentially of a rotating projector, a detector, and a recorder. The projector emits an intense beam of light above into the sky at an angle that varies with the rotation. The detector, which is located at a fixed distance from the projector, uses a photodetector pointing vertically. When it detects the projected light return from the cloud base, the instrument notes the angle and the calculation gives the height of clouds.
Лазерлік төбе өлшегіш
Лазерлік потолометр тік бағытталған лазер мен бір орында орналасқан қабылдағыштан тұрады. Атмосфераға наносекундтарға жуық ұзақтықта лазерлік импульс жіберіледі. Сәуле атмосфера арқылы өте келе, жарықтың шағын бөліктері аэрозольдермен шашырайды. Әдетте, бұл бөлшектердің мөлшері лазер толқын ұзындығына шамалас келеді. Мұндай жағдай Ми шашырауына алып келеді. Шашыраған жарықтың аз бөлігі лидар қабылдағышына қайта оралады. Қабылданған сигналдың уақыты жарық жылдамдығы арқылы кеңістіктік қашықтыққа, z-ға түрлендіріледі. Яғни,
A laser ceilometer consists of a vertically pointing laser and a receiver in the same location. A laser pulse with a duration on the order of nanoseconds is sent through the atmosphere. As the beam travels through the atmosphere, tiny fractions of the light are scattered by aerosols. Generally, the size of the particles in question are similar in size to the wavelength of the laser. This situation leads to Mie scattering. A small component of this scattered light is directed back to the lidar receiver. The timing of the received signal can be transformed into a spatial range, z, by using the speed of light. That is,
мұнда c – ауадағы жарық жылдамдығы. Осылайша, лазер сәулесінің әр импульсі атмосферадағы аэрозоль концентрациясының тік профилін құрайды. Әдетте, сигнал мен шу арақатынасын арттыру үшін көптеген жеке профильдер орташаланады, ал орташа профильдер секундтық уақыт өлшемімен көрсетіледі. Бұлттардың немесе су тамшыларының болуы, фондық деңгейге қарағанда әлдеқайда күшті кері сигналға әкеледі, бұл бұлттардың биіктігін оңай анықтауға мүмкіндік береді. Аспап кез келген кері сигналды тіркегендіктен, бұлттың негізіне қосымша, кері оралған энергияның толық үлгісін қарастыру арқылы кез келген әлсіз қабатты табуға болады. Сонымен қатар, таралманың жылдамдығын таза ауада потолометрге қайтарылатын азайған бөлігінен байқауға болады, бұл жарық сигналының жоғалу коэффициентін анықтауға мүмкіндік береді. Осы деректерді пайдалану арқылы ауаның вертикальды көріну қашықтығы мен ластаушы заттардың ықтимал концентрациясын анықтауға болады. Бұл зерттеулерде әзірленген және практикалық қолдануға бейімделген. Жаңа Зеландияда MetService коммерциялық әуежайлардағы бұлттардың төменгі шегін өлшеу үшін лазерлік потолометрлер желісін пайдаланады. Бұл сенсорлар сондай-ақ коммерциялық авиацияға күлдің зиянын тигізбеу үшін жанартау күлінің таралуын картаға түсіруге қолданылады. Исландия сияқты аймақтардағы жанартау күлінің қозғалысы да қадағаланады. Әртүрлі бұлт жағдайларында потолометрлердің жұмысын зерттеу нәтижесінде, қате оқуларды болдырмау үшін алгоритмдер жақсартылды. Өлшеудің дәлдігі потолометрдің бақылау аймағының шектеулі тік және кеңістіктік өлшемдерімен байланысты болуы мүмкін. Потолометрлерді әуежайлардағы бұлттардың төменгі шегін бақылау үшін жиі қолданады. 2013 жылы Монреальде (Канада) өткен зерттеу тобы, дәлдікпен қону жолағы бар әуежайларда потолометрлерді "қону шегіне жақын" орнатуды ұсынды, бірақ олардың орналасуын "орталық маркерде немесе оған тең қашықтықта" да қабылдауға болатынын атап өтті.
where c is the light speed in the air. In this way, each pulse of laser light results in a vertical profile of aerosol concentration within the atmosphere. Generally, many individual profiles will be averaged together in order to increase the signal to noise ratio and average profiles are reported on a time scale of seconds. The presence of clouds or water droplets leads to a very strong return signal compared to background levels, which allows for cloud heights to be easily identified. Since the instrument will note any returns, it is possible to locate any faint layer where it occurs, additionally to the cloud's base, by looking at the whole pattern of returned energy. Furthermore, the rate at which diffusion happens can be noted by the diminishing part returned to the ceilometer in clear air, giving the coefficient of extinction of the light signal. Using these data could give the vertical visibility and the possible concentration of air pollutants. This has been developed in research and could be applied for operational purpose. In New Zealand, MetService operates a network of laser ceilometers for cloud base measurements at commercial airports. These sensors are also used to map volcanic ash clouds to allow commercial air traffic to avoid damage caused by ash. The movement of volcanic ash has also been tracked from areas such as Iceland. Examination of the behavior of ceilometers under various cloud cover conditions has led to the improvement of algorithms to avoid false readings. Accuracy of measurement can be impacted by the limited vertical range and areal extent of a ceilometer's area of observation. A common use of ceilometers is to monitor the cloud ceiling for airports. A study group from Montreal, Canada in 2013 recommended that ceilometers should be installed "close to the landing threshold" for aerodromes with precision approach runways, but also considered their location "at the middle marker or at an equivalent distance" to be acceptable.
Қауіптер
Көрінетін жарықты пайдаланатын целиметрлер кейде құстар үшін қауіпті болуы мүмкін, себебі жануарлар жарық сәулелерінен шатасып, шаршап, басқа құстармен және нысандармен соқтығысады. Тіркелген ең ауыр оқиғада, 1954 жылы АҚШ-тағы Уорнер Робинс әуе базасында бір түні 53 түрге жататын шамамен 50 000 құс қаза тапты. Лазерлік целиметрлер бұлттардың биіктігін анықтау үшін көзге көрінбейтін лазер сәулелерін пайдаланады. Целиметрлердің жанында бинокль сияқты оптикалық құралдарды қолдануға кеңес берілмейді, өйткені құралдардың линзалары сәулені шоғырландырып, көзге зиян келтіруі мүмкін.
Ceilometers that use visible light can sometimes be fatal to birds, as the animals become disoriented by the light beams and suffer exhaustion and collisions with other birds and structures. In the worst recorded ceilometer non laser light beam incident, approximately 50,000 birds from 53 different species died at Warner Robins Air Force Base in the United States during one night in 1954. Laser ceilometers use invisible lasers to observe the cloud base. Using optical instruments such as binoculars near ceilometers is not recommended, because lenses in instruments could concentrate the beam and damage one's eyes.