Sistemas de Monitoreo Meteorológico

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José Calderón Soto
hace 8 años
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1 Sistemas de Monitoreo Meteorológico Dr. Andreas Fries Coordinador del DFG-Transfer-Project: RadarNet-Sur Docente asociado de la Universidad Técnica Particular de Loja

2 Se distinguen 3 tipos de sistemas de monitoreo meteorológico: 1. Estaciones meteorológicas: Son sistemas terrestres que miden diferentes parámetros meteorológicos en su sitio de instalación. 2. Radares meteorológicos: Son sistemas de teledetección que miden un parámetro meteorológico con alta resolución temporal y espacial (principalmente: precipitación). 3. Satélites meteorológicos: Son sistemas de teledetección los cuales supervisan el tiempo atmosférico y el clima de la tierra, pero también recogen información sobre la superficie terrestre (= medio ambiente). Pronósticos exactos del tiempo solo son posibles utilizando los sistemas de teledetección. Sin embargo, las estaciones terrestres son necesarias para la calibración y validación de las imágenes de la teledetección!

3 1. Estaciones meteorológicas Sensores principales: - Presión atmosférica - Temperatura de aire - Humedad de aire - Radiación solar - Viento (dirección y velocidad) - Precipitación Sensores secundarios (mas usadas): - Radiación neta - Radiación UV - Temperatura de suelo - Humedad del suelo - Flujo del calor dentro del suelo - Nubosidad Estación automática

4 Estación automática de Campbell Viento (ultrasónico) Radiación (solar y neto) Precipitación Humedad y Temperatura Panel solar Data Logger y Presión

5 Los datos registrados de una estación meteorológica se utilizan para: - Análisis del clima para este punto especifico meses húmedos y secos estaciones anuales extremos y promedios de los parámetros meteorológicos Cambio climático (datos históricos) - Comparación con datos de otras estaciones meteorológicas Influencia de factores geográficos (p.ej. altura etc.) Comprensión de procesos atmosféricos Cambio climático (datos históricos) Una red de varias estaciones meteorológicas facilita: - Pronostico del Tiempo - Alerta temprana de desastres naturales si las estaciones cuentan con transmisión de datos en tiempo real y la red es muy densa - Elaborar mapas locales, regionales, mundiales del clima la exactitud de las mapas depende de la densidad de la red

6 Interpolación de datos meteorológicos mapas climáticos Método de interpolación: Detrending y = -0.01x R² = 0.98 Gradientes altitudinales T y RH y = 0.01x R² = Temperatura [ C] Humedad Relativa [%] Annual Mean T Annual Mean RH Linear (Annual Mean T) Linear (Annual Mean RH) Altura [m]

9 y = 0.04x R² = 0.15 Gradientes altitudinales P 250 Precipitacion [mm] Monthly Precipitation Linear (Monthly Precipitation) Altura [m]

11 2. Radares meteorológicos Radares meteorológicos emiten microondas y detectan el eco de la señal. La potencia del eco se utiliza para determinar la intensidad de la lluvia. Existen los tipos siguientes: - Radares meteorológicos convencionales Solo detectan la potencia de eco Intensidad de la precipitación el - Radares meteorológicos Doppler Se detecta adicionalmente la velocidad de las gotas de lluvia; usando efecto Doppler (= compresión y expansión temporal de la señal). Intensidad y cantidad de la precipitación - Radares meteorológicos polarimétricos Emiten ondas en diferentes direcciones (horizontal y vertical); detectan la estructura y tamaño de las gotas de la lluvia. Forma y tipo de precipitación Intensidad y cantidad de la precipitación

12 Clasificación de Radares Banda Frecuencia (MHz) Longitud de onda (cm) X C S Resolución: Banda S 100m 1km Banda C 100m 1km Banda C Banda S 100m 1km Banda X Banda X

13 Problemas de radares en áreas montañosas

14 El proyecto RadarNet-Sur instalará 3 radares meteorológicos convencionales de banda X para el monitoreo y análisis de la precipitación. Los radares son operados por: GUAXX - GPL CAXX - ETAPA EP LOXX - UTPL

15 Beneficios de proyecto: a) Transmisión de los datos en tiempo real (imágenes corregidas) Pronostico del tiempo (precipitación: intensidad y distribución) Pronostico de desastres naturales (inundaciones, deslizamientos etc.) b) Datos continuos (imágenes calibradas) Mapas de precipitación en alta resolución (cantidad y distribución) - Detección de zonas con peligro de erosión - Disponibilidad del agua para las plantas/ agricultura - Manejo de cuencas hidrográficas (reforestación, potencial para plantas hidroeléctricas, etc.) Análisis del balance de agua; incluyendo los impactos del cambio climático Planes de desarrollo y ordenamiento territorial - Análisis de la red de alcantarillado, canales, etc.

16 Manufacture: DHI (Dansk Hydrolosk Institut) Local Area Weather Radar (LAWR) Link: Manufacture: Selex - Gematronik RainScanner (RS 120) Link:

17 Ventajas: Bajo costo Mas útiles para áreas montañosas, debido a su corto alcance Cada 5 minutos 3 imágenes de alta resolución: Imagen: Resolución: Radio: X 500m x 500m 60km 80km 1 250m x 250m 30km 3 100m x 100m 15km Desventajas: Microondas de banda X - atenuación fuerte en la atmosfera Desaceleración de la sensibilidad con el tiempo (magnetrón) Solo pone a disposición datos cuantitativos no calibrados = Intensidad de la lluvia

18 Corrección de las imágenes (intensidad de lluvia) Imagen sin procesar: :20horas 1. Sustracción de los clutter Mapa de clutters

19 2. Corrección de la vista y distancia (porcentaje del chorro) Mapa de la reducción de visibilidad 3. Interpolación de los clutter Mapa de interpolación

20 Ejemplo : Imágenes LOX1 no calibradas high low Link:

21 Calibración de las imágenes (cantidad de la lluvia)

22 Exactitud de las imágenes: Mapa anual de LOXX-Imágenes calibradas (alcance 60km, resolución 500m x 500m) Vs. Mapa de precipitación publicado por INAMHI Radar LOXX Mapa de INAMHI

23 3. Satélites meteorológicos Los satélites están equipados con sensores (radiómetros) que miden la radiación en diferentes bandas dentro del espectro electromagnético. Las bandas de medición mas usadas son: - VIS (luz visible) - NIR (infrarrojo cercano) - MIR (infrarrojo o termal) La combinación de diferentes bandas permite analizar y graficar: - Cantidad y tipos de nubes - Dirección y velocidad del viento (desplazamiento de nubes) - Temperatura de la superficie (mares y continentes) - Estado de la atmosfera (Humedad, Temperatura, cantidad de ozono, etc.) - Cobertura de la superficie (bosques etc.)

24 Existen 2 tipos de satélites meteorológicos: - Satélites geoestacionarios - Satélites en orbita polar

25 a) Satélites geoestacionarios (p.ej. GOES, Meteosat) - Orbita: sobre el ecuador - Periodo de revolución: 24h Se encuentran sobre el mismo punto siempre (= geoestacionario) - Altura: km Resolución de imágenes: (1km a 5km) Detecta 2/5 de la superficie terrestre hasta ~ 70 N/S

26 Ventajas: - Imágenes de alta resolución temporal de la misma zona (5min a 30min) Observación de la formación y movimiento de la nubes Pronóstico del tiempo Elaboración de Loops (videos) - Monitoreo completo de la Tierra (red de satélites geoestacionarios) Desventajas: - No detectan la zona polar - Baja resolución de las imágenes; que empeora llegando a los limites de la imagen

27 b) Satélites en orbita polar (p.ej. NOAA, Landsat) - Orbita: Polar (detección de la Tierra por franjas)

28 - Periodo de revolución: 100min ~14 revoluciones por día sobrevuelo del mismo punto cada 12 horas cada 24 horas un imagen completa de la superficie terrestre - Altura: 800km a 1.200km Resolución de imágenes: (100m a 1km) Ventajas: - Imágenes de alta resolución espacial Desventajas: - No prepara imágenes continuas de las misma zona

29 Imágenes del satélite NOAA (orbita polar) NOAA AVHRR Bandas: 1) µm (visible) 2) µm (infrarrojo cercano) 3a) µm (infrarrojo cercano - día) 3b) µm (infrarrojo termal - noche) 4) µm (infrarrojo termal) 5) (infrarrojo termal)

30 NOAA AVHRR Receiver de la UTPL (operando desde ) Antenna Tracking Programm

31 Imagen en colores falsos

32 Imagen infrarroja (ch4 ch5)

33 Imagen temperaturas de las superficies

34 Método de clasificación de nubes

35 Clasificación de nubes

36 Calculo del NDVI (Normalized Differenced Vegetation Index)

37 GRACIAS!Gracias!

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