Ceilometer
Bodengestütztes Messgerät zur Bestimmung der Wolkenuntergrenze, bei dünneren Wolken auch für die Struktur der unteren Wolkenschicht zu meteorologischen oder aeronautischen Zwecken. Mit Hilfe eines Ceilometers lassen sich fortlaufende Messungen dieser Parameter durchführen.
Standardmäßig werden heute auf einer bestimmten Wellenlänge arbeitende Laser-Ceilometer bzw. Laser-Ceilographen eingesetzt. Der Laser-Ceilograph misst die Laufzeit eines vom Boden senkrecht nach oben ausgesandten Lichtpuls eines Lasers zur Wolkendecke und zurück (Pulslaufzeitverfahren). Aus der Laufzeit und der Lichtgeschwindigkeit kann dann die Höhe der Wolken berechnet werden (optische Abstandsmessung).
Die Instrumente sind typischerweise mit einer Verarbeitungseinheit ausgestattet, die einen Himmelszustandsalgorithmus ausführt und zumindest Kondensationsniveaudaten bereitstellt. Diese Systeme wurden im Verlauf der letzten Jahre um eine Vielzahl von Funktionen erweitert, die aufgrund der in der Mikroprozessor- sowie der Mikropulsarlaser- und Glasfasertechnik erzielten Fortschritte verfügbar geworden sind und zunehmend für wissenschaftliche Anwendungen wichtig sind. In Verbindung mit Netzwerkanordnungen ist damit ein einzigartiges Werkzeug zur Untersuchung von z. B. Aerosolen verfügbar.
 | Laser-Ceilometer CHM15K (Fa. JENOPTIK) Innerhalb eines Messbereiches von bis zu 15 000 Meter detektieren die CHM 15k Ceilometer zuverlässig mehrere Wolkenschichten und Zirruswolken. Neben dem Standardgerät CHM 15k steht das für bodennahe Aerosolauswertungen optimierte Gerät CHM 15k-x zur Verfügung. Wie ein Lidar sendet das Ceilometer kurze Laserpulse in die Atmosphäre, die an Molekülen und Partikeln zurück gestreut werden. Über die Laufzeit des Lichts lässt sich deren Entfernung, über die Rückstreu-Intensität ihre Konzentration und die optischen Eigenschaften bestimmen. Daraus lassen sich u.a. Wolkenhöhen, die Höhe der planetaren Grenzschicht und die vertikale Aerosolverteilung ableiten. Das Gerät verwendet einen diodengepumpten Nd:YAG Laser bei einer Wellenlänge von 1064 nm und erreicht ca. 8µJ/Puls bei einer Pulsrate von 5-7 kHz. Die zurück gestreute Strahlung wird mit einem Newton-Teleskop aufgefangen und durch einen schmalbandigen Interferenzfilter auf eine Photodiode fokussiert, die im Photonzählmodus betrieben wird. Die vertikale Auflösung beträgt 15 m. Quelle: DWD |
Ceilometer werden z. B. bei der Flugsicherung eingesetzt, um Piloten für den Landeanflug eine Abschätzung der Sichtverhältnisse in Nähe der Landebahn zu ermöglichen.
Die Höhe der Wolkenuntergrenze ist auch für das Verständnis des Strahlungshaushaltes der Erde und für die Entwicklung von Wolkenmodellen von großer Bedeutung. Mittels LIDAR können außerdem wichtige Informationen über die Wolkenstruktur gewonnen werden.
Ceilometer werden auch für die Wolkenforschung verwendet, bedingt durch die geringe Impulsleistung sind sie aber bezüglich der Eindringtiefe in die Wolken beschränkt. Bei gewissen Schnee- und Eiswolken können jedoch manchmal auch Eindringtiefen von bis zu 2 km beobachtet werden.
Die Darstellungsart der Ceilometer-Daten sind farbcodierte Höhenprofile über der Zeit, die zeitliche Auflösung beträgt 15 Sekunden.
Gegenüber den operationell eingesetzten Ceilometern ist ein weiteres Verfahren, das Wolkenradar, (bislang) eher ein Forschungsinstrument. Es hat eine teilweise andere Charakteristik, da es z.B. die Wolkendecke durchdringen, und damit auch deren Obergrenze bestimmen kann.
Veraltet ist die impulsoptische Höhenmessung. Dazu wird ein Lichtimpuls auf die Wolkenschicht ausgesendet. Der (für das menschliche Auge - im Gegensatz zum Wolkenscheinwerfer - nicht sichtbare) Widerschein des Lichtimpulses wird dann durch einen mit einer Photozelle ausgestatteten Parabolspiegel aufgefangen. Parallel wird mit einem optischen Messgerät die senkrecht stehende Ebene des Lichtstrahls abgetastet und der Winkel zwischen der Horizontalen sowie der Achse zwischen Messgerät und Lichtfleck bestimmt. Daraus lässt sich trigonometrisch die Wolkenhöhe bestimmen.
Anstelle des üblichen Wechsellichts wird bei diesem Verfahren Impulslicht sehr hoher Spitzenleuchtdichte (Edelgasfunkenstrecken) benutzt. Die Impulsspitzen sind gegenüber dem Tagesgleichlicht hoch und gewährleisten eine zuverlässige vollautomatische Registrierung von Wolkenhöhen und eine Beurteilung von Wetterentwicklungen. Die Messhöhe hängt von der Wolkenart ab. Es wird sowohl die Wolkenuntergrenze wie der Wolkencharakter aufgezeichnet.
Weitere Informationen:
CDTI
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