مقياس السقف

مقياس ارتفاع السحب هو جهاز يستخدم الليزر أو مصدر ضوء آخر لتحديد ارتفاع سقف السحب أو قاعدتها . ^{[ 1 ]} كما يمكن استخدام مقاييس ارتفاع السحب لقياس تركيز الهباء الجوي في الغلاف الجوي . ^{[ 2 ]} يُعد مقياس ارتفاع السحب الذي يستخدم ضوء الليزر نوعًا من أجهزة الليدار الجوي (الكشف الضوئي وتحديد المدى). ^{[ 3 ] [ 4 ]}

يستخدم مقياس ارتفاع السحب الأسطواني البصري تقنية التثليث لتحديد ارتفاع بقعة الضوء المسقطة على قاعدة السحابة . [ ^{5 ] ويتكون} أساسًا من جهاز عرض دوار، وكاشف، ومسجل. ^{[ 6 ]} يُصدر جهاز العرض شعاعًا ضوئيًا مكثفًا إلى السماء بزاوية تتغير بتغير الدوران. أما الكاشف، الموجود على مسافة ثابتة من جهاز العرض، فيستخدم كاشفًا ضوئيًا موجهًا رأسيًا. وعندما يرصد الكاشف الضوء المنعكس من قاعدة السحابة، يسجل الجهاز الزاوية، ومن ثم تُحسب زاوية سقوط السحب. ^{[ 7 ]}

يتكون مقياس ارتفاع السحب الليزري من ليزر موجه عموديًا وجهاز استقبال في الموقع نفسه. تُرسل نبضة ليزر مدتها في حدود النانوثانية عبر الغلاف الجوي. أثناء مرور الشعاع عبر الغلاف الجوي، تتشتت أجزاء صغيرة من الضوء بفعل الهباء الجوي. عمومًا، يكون حجم الجسيمات المعنية مشابهًا لطول موجة الليزر. ^{[ 8 ]} يؤدي هذا الوضع إلى تشتت مي . ^{[ 9 ]} يُعاد توجيه جزء صغير من هذا الضوء المتشتت إلى مستقبل الليدار . ^{[ 10 ]} يمكن تحويل توقيت الإشارة المستقبلة إلى نطاق مكاني، z ، باستخدام سرعة الضوء. أي،

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

حيث c هي سرعة الضوء في الهواء.

بهذه الطريقة، ينتج عن كل نبضة من ضوء الليزر صورة رأسية لتركيز الهباء الجوي في الغلاف الجوي. ^{[ 11 ] [ 12 ]} عمومًا، يتم حساب متوسط ​​العديد من الصور الفردية لزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، ويتم الإبلاغ عن الصور المتوسطة على مقياس زمني بالثواني. ^{[ 13 ]} يؤدي وجود السحب أو قطرات الماء إلى إشارة ارتداد قوية جدًا مقارنةً بمستويات الخلفية، مما يسمح بتحديد ارتفاعات السحب بسهولة. ^{[ 14 ]}

بما أن الجهاز يرصد أي ارتدادات، فمن الممكن تحديد موقع أي طبقة خافتة، بالإضافة إلى قاعدة السحابة، من خلال دراسة نمط الطاقة المرتدة بالكامل. علاوة على ذلك، يمكن تحديد معدل الانتشار من خلال الجزء المتناقص المرتد إلى مقياس ارتفاع السحب في الهواء الصافي، مما يعطي معامل امتصاص الإشارة الضوئية. وباستخدام هذه البيانات، يمكن تحديد مدى الرؤية الرأسية والتركيز المحتمل لملوثات الهواء . وقد طُوِّر هذا في الأبحاث ويمكن تطبيقه لأغراض تشغيلية. ^{[ 15 ]}

في نيوزيلندا، تدير هيئة الأرصاد الجوية شبكة من أجهزة قياس ارتفاع السحب بالليزر لقياس قاعدة السحب في المطارات التجارية. تُستخدم هذه المستشعرات أيضًا لرسم خرائط سحب الرماد البركاني لتمكين حركة الطيران التجاري من تجنب الأضرار الناجمة عن الرماد. كما تم تتبع حركة الرماد البركاني من مناطق مثل أيسلندا . ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

أدى فحص سلوك أجهزة قياس ارتفاع السحب في ظل ظروف غطاء سحابي مختلفة إلى تحسين الخوارزميات لتجنب القراءات الخاطئة. ^{[ 19 ]} قد تتأثر دقة القياس بالمدى الرأسي المحدود والامتداد المساحي لمنطقة رصد جهاز قياس ارتفاع السحب. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

يُستخدم جهاز قياس ارتفاع السحب عادةً لمراقبة سقف السحب في المطارات. ^{[ 22 ] [ 23 ]} وقد أوصت مجموعة دراسة من مونتريال، كندا، في عام 2013، بتركيب أجهزة قياس ارتفاع السحب "بالقرب من عتبة الهبوط" في المطارات ذات مدارج الهبوط الدقيق، لكنها اعتبرت أيضًا أن وضعها "عند العلامة الوسطى أو على مسافة مماثلة" مقبول. ^{[ 24 ]}

قد تكون أجهزة قياس ارتفاع السحب التي تستخدم الضوء المرئي قاتلة للطيور أحيانًا، إذ تفقد الطيور اتجاهها بسبب أشعة الضوء، وتتعرض للإرهاق، وتصطدم بطيور أخرى أو بالمنشآت. ^{[ 25 ]} وفي أسوأ حادثة مسجلة لجهاز قياس ارتفاع السحب باستخدام أشعة ضوئية غير ليزرية، نفق ما يقارب 50,000 طائر من 53 نوعًا مختلفًا في قاعدة وارنر روبينز الجوية بالولايات المتحدة خلال ليلة واحدة عام 1954. ^{[ 26 ]}

تستخدم أجهزة قياس ارتفاع السحب الليزرية أشعة ليزر غير مرئية لمراقبة قاعدة السحب. ولا يُنصح باستخدام الأدوات البصرية، مثل المناظير، بالقرب من هذه الأجهزة، لأن عدساتها قد تُركّز الشعاع وتُلحق الضرر بالعينين. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

• محطة الأرصاد الجوية الآلية في المطار

• المكتبة الرقمية الوطنية للعلوم - مقياس الارتفاع
• تمت أرشفة Ceilometer بتاريخ 6 يوليو 2011 على موقع Wayback Machine التابع لجامعة ماكجيل.
• صفحة مقياس ارتفاع السقف ASOS التابعة لهيئة الأرصاد الجوية الوطنية