Sistemas de Monitoreo Meteorológico Dr. Andreas Fries Coordinador del DFG-Transfer-Project: RadarNet-Sur Docente asociado de la Universidad Técnica Particular de Loja
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!
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
Estación automática de Campbell Viento (ultrasónico) Radiación (solar y neto) Precipitación Humedad y Temperatura Panel solar Data Logger y Presión
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
Interpolación de datos meteorológicos mapas climáticos Método de interpolación: Detrending 20.00 18.00 y = -0.01x + 28.62 R² = 0.98 Gradientes altitudinales T y RH y = 0.01x + 65.64 R² = 0.85 100 95 Temperatura [ C] 16.00 14.00 12.00 90 Humedad Relativa [%] Annual Mean T Annual Mean RH Linear (Annual Mean T) Linear (Annual Mean RH) 85 10.00 8.00 80 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 Altura [m]
300 275 y = 0.04x + 103.04 R² = 0.15 Gradientes altitudinales P 250 Precipitacion [mm] 225 200 175 Monthly Precipitation Linear (Monthly Precipitation) 150 125 100 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 2900 3100 3300 3500 Altura [m]
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
Clasificación de Radares Banda Frecuencia (MHz) Longitud de onda (cm) X 2000-4000 15-8 C 4000-8000 8-4 S 8000-12000 4 2.5 Resolución: Banda S 100m 1km Banda C 100m 1km Banda C Banda S 100m 1km Banda X Banda X
Problemas de radares en áreas montañosas
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
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.
Manufacture: DHI (Dansk Hydrolosk Institut) Local Area Weather Radar (LAWR) Link: http://radar.dhigroup.com/ Manufacture: Selex - Gematronik RainScanner (RS 120) Link:http://www.gematronik.com/products/radar-systems/rainscanner/
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
Corrección de las imágenes (intensidad de lluvia) Imagen sin procesar: 23.09.2013 04:20horas 1. Sustracción de los clutter Mapa de clutters
2. Corrección de la vista y distancia (porcentaje del chorro) Mapa de la reducción de visibilidad 3. Interpolación de los clutter Mapa de interpolación
Ejemplo 23.09.2013: Imágenes LOX1 no calibradas high low Link: http://186.5.31.185
Calibración de las imágenes (cantidad de la lluvia)
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
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.)
Existen 2 tipos de satélites meteorológicos: - Satélites geoestacionarios - Satélites en orbita polar
a) Satélites geoestacionarios (p.ej. GOES, Meteosat) - Orbita: sobre el ecuador - Periodo de revolución: 24h Se encuentran sobre el mismo punto siempre (= geoestacionario) - Altura: 36.000km Resolución de imágenes: (1km a 5km) Detecta 2/5 de la superficie terrestre hasta ~ 70 N/S
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
b) Satélites en orbita polar (p.ej. NOAA, Landsat) - Orbita: Polar (detección de la Tierra por franjas)
- 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
Imágenes del satélite NOAA (orbita polar) NOAA AVHRR Bandas: 1) 0.58 0.68µm (visible) 2) 0.725 1.00µm (infrarrojo cercano) 3a) 1.58 1.64µm (infrarrojo cercano - día) 3b) 3.55 3.93µm (infrarrojo termal - noche) 4) 10.30-11.30µm (infrarrojo termal) 5) 11.50 12.50 (infrarrojo termal)
NOAA AVHRR Receiver de la UTPL (operando desde18.09.2008) Antenna Tracking Programm
Imagen en colores falsos
Imagen infrarroja (ch4 ch5)
Imagen temperaturas de las superficies
Método de clasificación de nubes
Clasificación de nubes
Calculo del NDVI (Normalized Differenced Vegetation Index)
GRACIAS!Gracias!