Un télémètre est un instrument le plus souvent utilisé pour indiquer la hauteur actuelle de la base des nuages. Un télémètre optique projette un faisceau de lumière modulé sur la base d'un nuage. Sa hauteur peut alors être calculée par triangulation. Un télémètre laser détermine la hauteur en mesurant le temps que met une impulsion de lumière laser à être réfléchi par une base du nuage. Concentrations d'aérosols, tels que la vapeur d'eau ou des polluants dans l'atmosphère, peut également être calculée à partir des effets de rétrodiffusion de la lumière laser.
Ce dispositif est largement utilisé dans l'aviation et de la météorologie. La hauteur de la couche de nuages la plus basse au-dessous de 20.000 pieds (6.096 m) qui couvre plus de la moitié du ciel est le plafond nuageux. Cet état est surveillé en permanence par célomètres dans les principaux aéroports et le résultat est rapporté aux équipages de conduite. Les fabricants de célomètres avancés prétendent que leurs produits peuvent mesurer simultanément des couches nuageuses multiples jusqu'à 30.000 pieds (9.144 m) lorsqu'il est utilisé dans la recherche météorologique.
Un télémètre optique est constitué d'un projecteur, un détecteur et un moyen pour enregistrer les données. Il existe deux configurations de base. Dans un télémètre tournant émetteur, le projecteur balaie le ciel avec un faisceau de lumière modulé. Le détecteur est à une distance connue à partir du projecteur et orienté verticalement. Lorsque le faisceau de lumière frappe une base du nuage au dessus du détecteur, la lumière est réfléchie vers le bas, détecté, et l'angle de projection à cet instant est enregistrée.
Dans la configuration de balayage, le récepteur, le projecteur est fixe et le détecteur se déplace. Le projecteur émet un faisceau de lumière modulé en hauteur. Un détecteur parabolique, placé à une distance prédéterminée, balaie le faisceau haut et le bas de chercher la lumière réfléchie à partir d'une base du nuage. Lorsqu'elle est détectée, ce qui donne l'angle vertical pour le point d'intersection du faisceau lumineux et le nuage. Soit configuration fournit les données nécessaires pour calculer la hauteur de la base des nuages par triangulation simple.
Un télémètre laser est une application particulière d'un light detection and ranging (LIDAR) du système. En tant que tel, il a été l'un des premières applications de la technologie laser. En météorologie, un télémètre laser est utilisé pour étudier la structure et la composition atmosphérique, la concentration d'aérosols, et la formation des nuages. Profils de rétrodiffusion de la lumière laser peut être analysé pour détecter les précipitations, la présence de gaz particuliers et leur concentration, ainsi que la vitesse du vent et la turbulence. La capacité à détecter des conditions de vent et à son évolution a conduit à l'utilisation de cette technologie dans le domaine des énergies renouvelables.