Niedostatki w zrozumieniu niektórych procesów fizyki chmur są główną przyczyną problemów związanych z trafnością prognoz pogod, klimatu i z modelowaniem cyrkulacji atmosferycznej. Chmury składają się przede wszystkim z kropel wody, których rozkład wielkości jest kluczowym parametrem ilościowej charakterystyki mikrofizycznej chmur, niezbędnym do badania czasu ich życia, efektów radiacyjnych i formowania się opadów.

Pomiary in situ mają w tym kontekście kluczowe znaczenie dla badań, ponieważ zapewniają bezpośredni wgląd w strukturę i rozmiary kropel w danej objętości chmury. Obrazowanie cieniem (Shadowgraph imaging) wyróżnia się jako stosunkowo niedroga, ale zarazem bardzo skuteczna metoda optyczna do próbkowania hydrometeorów in situ. Pozwala wykonać pomiary cząstek/kropelek na podstawie analizy obrazow cieni rzucanych przez oświetlone cząstki.

W niniejszej pracy przyrząd VisiSize D30 (zwany dalej „VisiSize"), pierwotnie zaprojektowany do celów przemysłowych, został zastosowany do wykonania pomiarów atmosferycznych in situ. Umożliwiło to pomiar właściwości mikrofizycznych chmur, takich jak rozkład wielkości kropel (ang. Droplet Size Distribution - DSD), gęstość kropel (ang. Droplet Number Concentration) i zawartość wody w stanie ciekłym (LWC).

W ramach pierwszego etapu badań przeprowadzono dwie serie testów laboratoryjnych z użyciem VisiSize na polidyspersyjnych i monodyspersyjnych kroplach wody. Opracowano odpowiednią metodę korekcji pomiarów, aby właściwie skalibrować narzędzie i poprawić szacowanie koncentracji kropel i rozkładu ich wielkości. W pracy oszacowana została również minimalna średnica kropel zapewniająca ich detekcję w calym obszarze obrazowania. Dokładność pomiarów wykonanych za pomocą VisiSize weryfikowano z użyciem monodyspersyjnego generatora kropel. Uwzględniono również skutki zaobserwowanych zderzeń i parowania kropel.

Następnie przeprowadzono serię eksperymentów terenowych w Umweltforschungsstation Schneefernerhaus (UFS), stacji badań środowiskowych znajdującej się tuż pod szczytem Zugspitze w niemieckich Alpach. Przyrządy VisiSize oraz interferometer dopplerowski (PDI) mierzyły rozmiar kropel i ich prędkość w turbulentnym przepływie wewnątrz chmur orograficznych. Porównanie wyników z obu instrumentów (VisiSize i PDI), przy zastosowaniu modyfikacji w fabrycznych algorytmach oprogramowania, wykazało dobrą zgodność pomiarów wielkości i prędkości kropel o średnicach większych niż 13 mikronów. Równocześnie zaobserwowano rozbieżności w wynikach pomiaru koncentracji kropel, zwłaszcza przy ich mniejszych rozmiarach. W toku analizy ustalono, że rozbieżności są skutkiem występowania dwóch zjawisk: różnych własności optycznych czujników w odniesieniu do małych kropel oraz dużych wahan prędkości turbulentnej w stosunku do średniego przepływu, co skutkowało niepewnościami w oszacowaniu objętości powietrza przechodzącego przez sondy PDI.

W ostatniej fazie badań wykorzystano VisiSize umieszczony na dachu Instytutu Geofizyki UW obok z optycznego disdrometru laserowego „OTT Parsivel2” do równoczesnych pomiarów cząstek opadowych . Disdrometry, jakkolwiek powszechne stosowane do mierzenia DSD opadów atmosferycznych, mają ograniczoną skuteczność w przypadku małych rozmiarów kropli (np. mżawki). Synchroniczne wykorzystanie VisiSize pozwoliło uzyskać bardziej precyzyjne wyniki pomiarów szerokiego spektrum rozmiarów kropel, z naciskiem na krople mżawki i poszerzyć zakres DSD podlegający pomiarowi.

Podsumowując, VisiSize D30 został z powodzeniem wykorzystany do pomiarów mikrofizycznych chmur. Sprawdzał się zadowalająco w wietrznych, pochmurnych i wilgotnych warunkach pogodowych. Co więcej, można było wykazać, że VisiSize może być nie tylko używany do bezpośredniego pomiaru hydrometeorów, ale także może być uważany za wiarygodne narzędzie do weryfikacji nowych systemów klasyfikacji kropel/cząstek w fizyce atmosfery.