Облакомер своими руками
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 18.09.2024
Применение: точный прогноз на взлет и посадку
Облакомеры просто незаменимы в метеорологии и авиации, ведь именно в этих сферах так важно точное прогнозирование погодных условий. Одним из важнейших инструментов определения изменения метеоусловий является определение высоты облаков.
В метеорологии под высотой облаков подразумевается высота их нижней границы над поверхностью земли. В основном измеряют высоту облаков среднего и нижнего ярусов – это не выше 2500 метров. Важно определить высоту самых нижних облаков. Иногда она принимается равной нулю, например, при тумане.
Туман, осадки, ухудшенная видимость – это все следствия низкой облачности, которая занимает первое место среди погодных явлений, оказывающих наибольшее влияние на регулярность и безопасность полетов воздушных судов. Таким образом, применение измерителей высоты облаков, или облакомеров, – обязательное требование к аэропортам и аэродромам. Точный и оперативный прогноз погодных условий позволяет повысить безопасность при взлете и посадке воздушных судов. Помимо безопасности, очевидна и экономическая составляющая. По оценкам специалистов, правильный своевременный прогноз позволяет снизить почти на треть число метеорологически обусловленных нарушений графика полетов, а это в масштабе целой страны дает экономию в миллионы долларов в год.
Таким образом, измерение высоты нижней границы облаков при помощи облакомера является одним из важнейших параметров прогнозирования опасных погодных явлений. От оперативности и надежности таких прогнозов зависит не только работа любого аэропорта, но и многие отрасли промышленности и сельского хозяйства. Еще одна цель использования данного прибора – это определение уровня концентрации аэрозолей атмосферы. Сегодня, как известно, экологическая обстановка требует особого контроля за воздействием от хозяйственной деятельности человека на окружающую среду.
Принцип действия: как лазер распознает облака
Современный облакомер – это компактный и мобильный прибор, который при необходимости можно легко перевезти на любое расстояние. Работа такого прибора может быть основана как на лазере, так и на любом другом элементе, который способен выступать в качестве когерентного света. Сегодня все же одним из самых распространенных измерителей высоты облаков остается лазерный облакомер.
Принцип действия лидара не имеет больших отличий от радара: направленный луч источника излучения отражается от целей, возвращается к источнику и улавливается высокочувствительным приемником, время отклика прямо пропорционально расстоянию до цели.
Главная особенность конструкции лазерного облакомера – это вертикальное расположение самого лазера и элемента, который выступает приемником света. Таким образом, лазерный импульс направлен вверх в атмосферу, а его продолжительность составляет всего несколько наносекунд.
Во время этих наносекунд некоторая часть энергии луча рассеивается. Рассеяние зависит от соотношения размеров частицы и длины волны, которая падает на частицу. В физике этот эффект называется рассеянием Ми. Таким образом, часть света рассеивается назад и улавливается приемником облакомера. Далее по установленной формуле рассчитывается полученное время задержки в расстояние.
ДВО-3Л: высокая точность и надежность
Его главное отличие – повышенный в 16 раз интервал обслуживания по сравнению с предыдущими моделями. Этого удалось добиться за счет применения в конструкции в качестве источника излучения полупроводникового лазера сроком службы до восьми лет. Ранее в качестве источника использовалась импульсная лампа, требовавшая замены каждые полгода.
Среди других новшеств – возможность представления всей необходимой информации на пульт управления с цветным сенсорным дисплеем. Для сравнения, модели предыдущего поколения отображали информацию на индикаторе, а кнопки и другие элементы управления были механическими.
Как рассказали разработчики, во второй половине этого года пройдет опытная эксплуатация ДВО-3Л на четырех аэродромах в разных регионах страны. Облакомеры установят в районе взлетно-посадочной полосы. В процессе эксплуатации будут фиксироваться малейшие возможные нарушения и особенности работы: сходимость результатов с основными облакомерами при различных видах облачности и ее высоте, атмосферных осадках и тумане.
Приведу цитату из Википедии, описывающую принцип действия облакомера:
Лазерный облакомер состоит из вертикально расположенного лазера и приемника света, обычно лидара, приемника лазерного света ИК-диапазона. Лазерный импульс продолжительностью в несколько наносекунд посылается вверх, в атмосферу. Пока луч проходит через аэрозоль некоторая часть его энергии рассеивается на частицах аэрозоли, на частицах с размером порядка длины волны лазерного луча. Из-за эффекта, называемого рассеянием Ми, часть света раасеивается назад и улавливается приемником облакомера. Время задержки принимаемого сигнала может быть пересчитано в расстояние d до точки рассеяния по формуле:
где c — скорость света в воздухе.
Остаётся добавить, что о лидарах я знаю уже давно, но вот что можно приспособить их для определения высоты облаков узнаю впервые. Для полноты картины теперь еще нужно выяснить, как именно в этих приборах компенсируют рассеяние света на аэрозолях в атмосфере по пути до облаков. Самый крупный специалист по атмосферным аэрозолям для меня Каплинский Александр — надо будет приспроситься к нему на этот счёт.
P. S. Оказывается, это моя 1200-я статья в блоге — ужас сколько много я уже понаписал.
Коммуникативный педагогический тренинг: способы взаимодействия с разными категориями учащихся
Сертификат и скидка на обучение каждому участнику
Описание презентации по отдельным слайдам:
1. Что такое метеорологические приборы.
2. Что такое метеорологические элементы
3. Термометр
4. Барометр
5. Гигрометр
6. Осадкомер
7. Снегомерная рейка
8. Термограф
9. Гелиограф
10. Нефоскоп
11. Облакомер
12. Анемометр
13.Гидрологическая наблюдательная установка
14. Метелемер
15. Метеорограф
16. Радиозонд
17. Шар-зонд
18. Шар-пилот
19. Метеорологическая ракета
20. Метеорологический спутник
Содержание
Метеорологические приборы -
приборы и установки для измерения и регистрации значений метеорологических элементов. Для сравнения результатов измерений, производимых на различных метеостанциях, метеорологические приборы делают однотипными и устанавливают так, чтобы их показания не зависели от случайных местных условий.
Метеорологические приборы предназначены для работы в естественных условиях в любых климатических зонах. Поэтому они должны безотказно работать, сохраняя стабильность показаний в большом диапазоне температур, при большой влажности, выпадении осадков, и не должны бояться больших ветровых нагрузок, пыли.
Метеорологические элементы,
характеристики состояния атмосферы: температура, давление и влажность воздуха, скорость и направление ветра, облачность, осадки, видимость (прозрачность атмосферы), а также температура почвы и поверхности воды, солнечная радиация, длинноволновое излучение Земли и атмосферы. К Метеорологическим элементам относят также различные явления погоды: грозы, метели и т. п. Изменения Метеорологических элементов являются результатом атмосферных процессов и определяют погоду и климат.
Термометр
От греч.Therme - тепло + Metreo - измеряю
Термометр - прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и т.д. при тепловом контакте между объектом измерений и чувствительным элементом термометра. Термометры применяются в метеорологии, гидрологии и других науках и отраслях хозяйства.
На метеостанциях, где измерения температур проводятся в определенные сроки, для фиксации максимальных температур между сроками наблюдения служит максимальный термометр (ртутный); наименьшую температуру между сроками фиксирует минимальный термометр (спиртовой).
Барометр
От греч.Baros - тяжесть + Metreo - измеряю
Барометр - прибор для измерения атмосферного давления. Барометры подразделяются на жидкостные барометры и барометры-анероиды.
Гигрометр
От греч. Hygros - влажный
Гигрометр - прибор для измерения влажности воздуха или других газов. Различают волосные, конденсационные и весовые гигрометры, а также регистрирующие гигрометры (гигрографы).
Осадкомер
Дождемер; Плювиометр
Осадкомер - прибор для сбора и измерения количества выпавших атмосферных осадков. Осадкомер представляет собой цилиндрическое ведро строго определенного сечения, устанавливаемое на метеоплощадке. Количество осадков определяется путем сливания попавших в ведро осадков в специальный дождемерный стакан, площадь сечения которого также известна. Твердые осадки (снег, крупа, град) предварительно растапливаются. Конструкция осадкомера предусматривает защиту от быстрого испарения осадков и от выдувания попавшего в ведро осадкомера снега.
Снегомерная рейка
Снегомерная рейка - рейка, предназначенная для измерения толщины снежного покрова при метеонаблюдениях.
Термограф
От греч.Therme - тепло + Grapho - пишу
Термограф - прибор-самописец, непрерывно регистрирующий температуру воздуха и записывающий ее изменения в виде кривой. Термограф располагается на метеостанции в специальной будке.
Гелиограф
От греч. Helios - Солнце + Grapho - пишу
Гелиограф - прибор-самописец, регистрирующий продолжительность солнечного сияния. Основная часть прибора - хрустальный шар диаметром около 90 мм, работающий как собирающая линза при освещении с любой стороны, причем фокусное расстояние во всех направлениях одинаково. На фокусном расстоянии параллельно поверхности шара располагается картонная лента с делениями. Солнце, передвигаясь в течение дня по небу, прожигает в этой ленте полоску. В те часы, когда Солнце закрыто облаками, прожог отсутствует. Время, когда Солнце светило и когда оно было скрыто, читается по делениям на ленте.
Нефоскоп
Нефоскоп - прибор, предназначенный для определения относительной скорости движения облаков и направления их движения.
Облакомер
Облакомер - прибор для определения высоты нижней и верхней границы облаков, поднимаемый на шаре-зонде. Действие облакомера основано:
- либо на изменении сопротивления фотоэлемента, реагирующего на изменении освещенности при входе в облака и выходе из них;
- либо на изменении сопротивления проводника с гигроскопичным покрытием при попадании на его поверхность облачных капель.
Анемометр
От греч.Anemos - ветер + Metreo - измеряю
Анемометр - прибор для измерения скорости ветра и газовых потоков по числу оборотов вращающейся под действием ветра вертушки. Существуют анемометры разных типов: ручные и постоянно закрепленные на мачтах и др. Отличают регистрирующие анемометры (анемографы).
Гидрологическая наблюдательная установка
Гидрологическая наблюдательная установка - стационарная установка для проведения наблюдений за элементами гидрологического режима.
Метелемер
Метелемер - устройство, применяемое для определения количества снега, переносимого ветром.
Радиозонд
Радиозонд - прибор для метеорологических исследований в атмосфере до высоты 30-35 км. Радиозонд поднимается на выпущенном в свободный полет воздушном шаре и автоматически передает на землю радиосигналы, соответствующие значениям давления, температуры, влажности воздуха. На большой высоте шар лопается, а приборы спускаются на парашюте и могут быть использованы вновь.
Шар-зонд
Шар-зонд - резиновый воздушный шар с прикрепленным к нему метеорографом, выпускаемый в свободный полет. На определенной высоте после разрыва оболочки метеорограф спускается на землю на парашюте.
Шар-пилот
Шар-пилот - резиновый шар, наполненный водородом, выпускаемый в свободный полет. Определяя его положение с помощью теодолитов или методами радиолокации, можно вычислить скорость и направление ветра.
Метеорологическая ракета
Метеорологическая ракета - ракетный аппарат, запускаемый в атмосферу для исследования ее верхних слоев, главным образом мезосферы и ионосферы. Приборы исследуют атмосферное давление, магнитное поле Земли, космическое излучение, спектры солнечного и земного излучений, состав воздуха и т.д. Показания приборов передаются в виде радиосигналов.
Метеорологический спутник
Метеорологический спутник - искусственный спутник Земли, регистрирующий и передающий на Землю различные метеорологические данные.
Метеорологический спутник предназначен для наблюдения за распределением облачного, снегового и ледового покровов, измерения теплового излучения земной поверхности и атмосферы и отраженной солнечной радиации с целью получения метеорологических данных для прогноза погоды.
Лазерный цейлометр (облакомер) нового поколения от финской компании Vaisala представляет собой компактную установку, которая может работать как автономно, так и в составе автоматических метеокомплексов (АМК). Принцип действия основан на степени рассеянии светового импульса, что позволяет с высокой точностью определять до 3 отдельных слоёв облачности, вертикальную видимость, а также интенсивность осадков. Отличительной чертой данной модели является значительная дальность действия лазера, что позволяет фиксировать облачность на высотах до 7,5 км (в отличие от большинства других моделей, в которых высота определения облачности ограничивается 2-3 км).
Характеристики:
- определение облачности до высоты 7,5 км;
- разрешающая способность 50 футов;
- рабочая длина волны лазерного импульса: 905 нм;
-длительность измерения от 15 до 120 сек.;
- температура -50 ˚С. +60 ˚С;
- влажность: 0. 100%
Измеритель высоты нижней границы облаков ПРОМIНЬ предназначен для измерения высоты нижней границы облаков и применяется в сети наблюдений гидрометеорологической службы автономно или в составе автоматизированной метеорологической информационно-измерительной системы.
Измерение выполняется светолокационным способом в видимом спектре. Передатчик и приемник светового излучения размещены в отдельных корпусах и располагаются на расстоянии 9 ÷ 10 м друг от друга. Обработка отраженного сигнала выполняется в приемнике с помощью встроенного компьютера. Режим работы прибора – по внешнему запросу. В комплект поставки помимо приемника и передатчика входит внешний модем. Внешний модем служит для подключения к компьютеру или к автоматизированной метеостанции (АМАС АВИА-1) посредством интерфейса RS-232. Измеритель может быть дополнительно укомплектован выносным пультом и (или) компьютером.
Читайте также: