Investigacion atmosférica

Asociados con DMT Inc, Advanced Radar Company, RADIOMETRICS Inc, NCAR, STAR LLC a través de nuestros asociados y científicos independientes, hemos realizado y estamos en capacidad de confeccionar estudios de factibilidad, medición de la atmósfera de distintos parámetros y tamaños de partículas, como también estudios de investigación atmosférica de distinto tipo, con múltiples objetivos que satisfagan la necesidad del cliente.

Modificación del tiempo atmosférico mediante la siembra de nubes.

La base científica de siembra de nubes dice que el número de núcleos de condensación naturales presentes en la nube esta relacionados con la cantidad de lluvia que la nube puede producir. La cantidad de dichos núcleos de condensación es generalmente mucho menor que el número óptimo requerido para una formación efectiva de lluvia ó nieve. La siembra de nubes busca incrementar el número de núcleos presenten agregándolos a la nube utilizando generadores de acetona y yoduro de plata en aviones, bengalas de distinto tipo con aviones, o generadores terrestres instalados en los lugares que el estudio de factibilidad determina como óptimos.

Cómo se forma granizo y/o condiciones de siembra para incremento de lluvias

La formación de granizo y/o el momento de siembra para incremento de precipitaciones, es una secuencia de eventos (Figura 1) donde:

Cloud Condensation Nuclei (CCN) son elevados por vientos verticales hasta que alcanzan el nivel de condensación, donde las moléculas de vapor de agua se unen unas a otras formando gotas de agua.
Las gotas de agua son elevadas aún más, convirtiéndose en agua super fría (SLW) a temperaturas menores a 0° C. Hay mediciones científicas de agua super fría en Mendoza, que indican la presencia de agua líquida super fría a -38ºC. Daniel Rosenfeld, …..
Algunas de esas gotas super frías se congelan (glaciación) y se convierten en cristales de hielo.
Otras de esas gotas de agua super fría colisionan con cristales de hielo y forman graupel, o granizo muy pequeño, del tamaño de un grano de arroz
El graupel recircula hacia arriba y abajo dentro de la nube y forma el granizo

La prevención de granizo o la prevención del crecimiento del granizo hasta tamaños que producen grandes daños requiere tomar acciones que modifiquen uno o más de los pasos 1 a 5 del párrafo anterior. Mitigación de granizo es la ciencia de entender en detalle cada uno de los pasos previos a la precipitación, pronosticando cuando, donde ocurren y tomando acción en el momento correcto y el lugar indicado para interrumpir la formación del granizo.

Lo básico y primordial es disponer de un pronóstico de buena resolución espacial y temporal, que indica cuando y donde se presentarán nubes que formarán granizo, esto requiere de MODELOS NUMERICOS (WRF) que tengan información precisa acerca de los perfiles verticales de temperatura, humedad y vientos, (para eso necesitamos mediciones continuas radiómetros y radar perfilador de vientos en tierra, como parte del equipamiento que provee esos datos, datos que son ingestados por un software específico), más patrones de vientos horizontales, la concentración y tamaño de los CCN (cuantos núcleos de condensación por m3 de aire hay y su tamaño ya que las acciones-reacciones no son las mismas ante distintos tamaños de núcleos de condensación) que solamente se pueden medir desde los aviones con instrumentos adecuados.

La siembra precisa (en tiempo, lugar y altura de la nube) de material que interrumpirá o mitigará la formación de granizo requiere de mediciones de la cantidad de agua super fría (LWC-Liquid Water Content) en la nube y el tamaño y concentración de gotas de agua y cristales de hielo, antes y después de la dispersión del material de siembra desde el avión.

Las mediciones de temperatura, humedad vientos, CCN, gotas de agua y cristales de hielo hechas desde tierra con radiómetros y perfilador de viento, más las que se hacen desde aviones en patrullas o simultáneamente cuando siembran las nubes, son críticas para obtener operaciones exitosas de mitigación de granizo, y sobre todo poder evaluar la siembra, para hacer las correcciones que sean necesarias y mejorar la eficiencia de las operaciones.

Mediciones de la Atmósfera que son Críticas para determinar cuando, donde, cómo sembrar las nubes

Temperatura, humedad y vientos.

Hasta el presente, las mediciones de perfiles verticales de temperatura, humedad relativa y vientos horizontales (T, RH, V) son hechas lanzando radiosondas desde Mendoza y San Rafael una o dos veces por día, según sean las expectativas de formación de tormentas que precipitarán granizo. También se toma la información pública del radiosondeo del Aeropuerto Internacional Santiago de Chile. La información recibida desde las radiosondas, mas los datos del SMN y las estaciones meteorológicas instaladas en Mendoza, se usan para iniciar el modelo de pronóstico.

La mayoría de las tormentas graniceras se inician mucho más al oeste de las zonas de lanzamiento, donde las estructuras de la atmósfera pueden ser muy diferentes. Esto significa que los modelos de pronóstico serán mucho menos precisos no solo de la previsión de donde se iniciarán las nubes, sino también predecirán incorrectamente el momento de formación, la intensidad de la tormenta y la cantidad de LWC. Esto puede conllevar demoras en el lanzamiento de los aviones de siembra y dirigirlos a áreas donde ya se llevó a cabo un desarrollo vertical de las tormentas por encima de la capacidad de cambiar la intensidad de la misma.

Usando sensores terrestres en cada zona de interés, más aeronaves equipadas con sensores que midan T°, Humedad Relativa y Vientos a distintas alturas, que pueden hacer múltiples perfiles verticales mientras vuelan, en una región más amplia, incrementará significativamente la precisión de los modelos de pronósticos casi en tiempo real, con una resolución mucho mayor (se podría determinar la zona de formación de tormentas en el rango de 2 kms, o menos) que la resolución que se obtiene lanzando una o dos radiosondas por día, como se hace actualmente en algunos aeropuertos nacionales, no en todos. Con estos datos los pronósticos se actualizan cada 12 hors en promedio, algo que cuando las tormentas se forman en menos de una hora, es por demás insuficiente.

La capacidad de los sensores que proponemos para equipar los aviones es importante para mapear los vientos horizontales como para predecir la actividad convectiva. La actividad convectiva se forma donde vientos horizontales convergen y hacen que el aire se eleve, con él los CCN y demás detalles que hablamos en los primeros párrafos. Estas zonas de convergencia no pueden ser detectadas por las radiosondas, pero si pueden ser obtenidas desde radiómetros, radar perfilador de viento y mediciones desde las aeronaves. La sumatoria de datos hará a la precisión del pronóstico. Sin pronósticos precisos, hay pocas posibilidades de prevención de desastres de todo tipo.

Núcleos Condensación de Nubes -Cloud Condensation Nuclei (CCN)- Núcleos de Hielo (IN)

La concentración y tamaño de los CCN determinan las propiedades de las gotas de agua que forman las nubes inicialmente y luego interactúan con los cristales de hielo que desarrollan el graupel primero y el granizo después. Los modelos de pronóstico que se desarrollaran para el programa de siembra de nubes en una zona de interés, necesitan esta información para predecir la evolución de las propiedades de las nubes. Las propiedades de estos CCN han venido cambiando con el paso del tiempo, debido al uso de la tierra, la contaminación del aire y otras actividades humanas. Adquirir esos datos y cargarlos a un modelo numérico de nubes (el WRF) como también construir una base de datos que permita entender mejor sus orígenes y evolución es clave para mejorar los actuales modelos de pronósticos que no toman en cuenta los CCN.

El material de siembra de nubes empleado para suprimir el granizo o incrementar las precipitaciones se comporta como núcleos de hielo (IN).

Estos aerosoles forman directamente cristales de hielo, sin formar primero gotas de agua. Hay una gran cantidad de orígenes de IN naturales que pueden formar cristales de hielo, como algunas plantas, partículas de polución como carbón negro proveniente de combustión. Es crítico medir la concentración natural de IN para poder determinar la cantidad de IN artificiales “extras” que son necesarios para aumentar la formación de hielo en las nubes, y prevenir la formación de granizo de gran tamaño.

Contenido de Agua Líquida -Liquid Water Content (LWC), Gotas de Agua y Cristales de Hielo

Como se muestra en Fig. 1, las gotas de agua evolucionan en un mezcla de gotas de agua y cristales de hielo, y cuando las gotas de agua adquieren las características de agua super fría (SLW) se congelan en contacto con los cristales de hielo formando graupel y eventualmente granizo. La clave para interrumpir la formación de granizo o prevenir su crecimiento a tamaños que producen daños, es lograr disminuir la cantidad de LWC (Contenido de Agua Líquida) que está en las gotas de agua. Esto puede ser hecho aumentando la precipitación de lluvia que remueva el agua o creando cristales que crezcan más rápidamente que las gotas de agua y supriman el agua disponible. Mediciones de las concentraciones de gotas y LWC en la base de las nubes, en las primeras etapas de la vida de las nubes convectivas, proveerán los medios para localizar las regiones donde las gotas se formarán más rápidamente y donde la adición de material de siembra para introducir los cristales de hielo, causarán el mayor impacto para la mitigación de granizo.

Por eso es importante medir no solamente la concentración de gotas y tamaño, sino detectar si los cristales de hielo se formaron en la región de potencial siembra, en otras palabras, si las gotas de agua de las nubes ya están glaciando, congelándose. Dependiendo del número relativo de gotas de agua y cristales de hielo, su distribución y tamaño, estas regiones podrían ser ideales para adicionar cristales de hielo (sembrarlas) o quizá deberían ser evitadas y seleccionar otras regiones de la nube para sembrar.

Además, es importante evaluar la efectividad de la siembra. Una vez que el avión libera el material de siembra, puede retornar a volar el mismo patrón de vuelo, pero a mayor altitud para medir la mezcla de gotas de agua y cristales de hielo, determinando en qué medida la población de cristales de hielo aumentó y en cuanto disminuyó el contenido de agua super fría (LWC). Esta información será usada luego para mejorar las estrategias de siembra.

Investigación Atmosférica con Medición de Gotas de Agua y Cristales de Hielo.

Instrumentos Aerotransportados

BCP-D - Backscatter Cloud Probe with Polarization Detection

El (BCP-D) que mencionamos, fue diseñado y fabricado por DMT; mide concentración y tamaño de gotas de agua y cristales de hielo. BCP-D es el único espectrómetro óptico que puede diferenciar gotas de agua de cristales, en tamaños menores a 50 µm en real-time; su peso y diseño hacen que el montaje sea fácil sobre la superficie del avión o en una ventana. (Fig. 4). The BCP-D, complementado con mediciones de LWC del CWIP, provee una completa caracterización de gotas de agua y cristales de hielo en las nubes, desde 2 µm hasta 500 µm. Por supuesto hay otros instrumentos que proven mayor información, pero no queremos incrementar la inversion.

Estas mediciones permiten saber si el avión está en nubes con gotas de agua o hielo, y el tamaño de los cristales de hielo, para mayor seguridad de la tripulación y aeronave, además de proveer información que permite caracterizar las nubes en una zona, altura y época del año, para posteriores análisis y determinación de la mejor bengala a utilizar, que nuestros asociados CST pueden customizar en cooperación con científicos y laboratorios especializados.

Figure BCP-D (Backscatter Cloud Probe con Detección de Polarización)

Beneficios Adicionales

Es importante destacar que la mitigación de granizo y el incremento de precipitaciones es una ciencia que necesita una Mirada científica. La llave de esto es que las hipótesis teóricas sean validadas, corregidas y mejoradas mediante mediciones precisas y múltiples, algo que se hizo de manera limitada en la Región de Cuyo, aún cuando los programas operativos llevan décadas. Eso mismo debería hacerse en cada programa de siembra de nubes, para tener un respaldo científico de los resultados de las operaciones, y simultáneamente ir capacitando personal técnico-científico de universidades locales.

El Medio Ambiente está cambiando constantemente, ya sea por el cambio climático, actividades humanas, El Niño, La Niña y muchos otros factores que deberían ser monitoreados e incorporados en los modelos continuamente.

La base de datos que se obtendría mediante mediciones aerotransportadas, complementadas por las de sensores terrestres, satélite podrá ser usada para entrenar a futuros meteorólogos, técnicos radar y pilotos. Este material es muy importante para enseñar meteorología de la zona de operación a quienes se interesen en programas de Ciencias Atmosféricas.

OPERADORES DE BCP-D EN VUELOS DE INVESTIGACIÓN ATMOSFERICA

IAGOS (In-service Aircraft for Global Observing System) Es un programa de investigación atmosférica europeo por el cual aviones comerciales realizan mediciones automáticas en sus vuelos usando BCP-D, y otros instrumentos para conocer los cambios atmosféricos a nivel global, por el Cambio Climático y la calidad del aire, como también presencia de hielo/agua durante los vuelos.

Más información en https://www.iagos.org/

Aerolineas asociadas: https://www.iagos.org/organisation/associated-airlines/

Vuelos de investigacion atmosférica reallizados por aviones comerciales del programas IAGOS.

Trayectorias de Vuelos desde Agosto 1984 hasta Junio 2021. 62.606 vuelos de investigación atmosférica realizados por las aviones de las aerolíneas miembros, equipados con BCP-D y otros instrumentos/sistemas de almacenamiento de datos.

Los instrumentos científicos de medición de la atmósfera mencionados, son los mas releventes.

Tipos de siembra de nubes, Relación Costo: Beneficio, Medio Ambiente

En la actualidad existen programas operacionales en más de 34 países del mundo, basta citar algunos como EEUU, China, UAE, Alemania, Suiza, Corea del Sur, Grecia, Canadá, Argentina, Australia, Chile y varios más; países donde operaciones de siembra de nubes para incremento de precipitaciones y/o mitigación de granizo se despliegan cada año, en la mayoría de los casos pagos por privados (empresas de energía hidroeléctrica, centros de esquí, cooperativas de agricultores, y otros), donde la relación costo:beneficio es lo que inclina las decisiones por la inversión o no.

Mayormente en el mundo, se utilizan dos tipos de técnicas/materiales de siembra de nubes: siembra glaciogénica, y siembra higroscópica, aunque existen otras. La primera tiene como propósito la conversión de agua sobre enfriada en hielo suave, “sembrando” –ya sea con bengalas o generadores montados en los aviones- cristales de yoduro de plata cuya estructura molecular es similar a la del hielo, y atraen las gotas de agua que por su tamaño no alcanzan a vencer las corrientes ascendentes de las nubes como para precipitar en forma de lluvia ( o nieve dependiendo de las temperaturas y condiciones).

A la izquierda, avión con un generador de aerosoles de yoduro de plata (glasógeno). A la derecha, avión con bengalas higroscópicas y glaciogénicas.

Mientras la siembra higroscópica, intenta potenciar el proceso de colisión-coalescencia entre las gotas de nubes para que crezcan hasta tamaños de precipitación, sembrando “sal”, de distintas formas. Ambos tipos de siembra procuran alterar la estabilidad natural de las nubes continentales para que las precipitaciones sean realidad. Y son realidad! En Texas, donde una cooperativa de productores lleva más de 50 años realizando estudios científicos y siembran nubes con aviones hace algo más de tres décadas, demuestra con estudios independientes una relación costo:beneficio para toda la comunidad de 1:38, lo mismo en Australia una empresa hidroeléctrica -https://www.snowyhydro.com.au/generation/cloud-seeding/-produce incrementos de nieve para explotar centros de esquí y tener agua suficiente en verano para generar electricidad, demostrando científicamente la rentabilidad, con un incremento promedio en precipitación de nieve y lluvia del 14% sin afectar el medio ambiente de una reserva natural.

Como esos, operan muchos programas en el mundo, pero no todos con base científica, base con la cual se puede distinguir entre la lluvia producto de la siembra de nubes o la que la Madre Natura produce. Los estudios más conservadores indican una relación costo:beneficio 1:16, es decir por cada peso invertido; el incremento de precipitación (nieve o lluvia) o mitigación de granizo significa para los inversores, un retorno de la inversión 16 veces mayor. Otros, como el de la Universidad de Dakota del Norte, donde se siembran nubes desde el año 1953, indican una relación costo:beneficio total, es decir incluyendo todo el circuito económico del Estado de Dakota del Norte, de 1:78.

Una de las mayores críticas de personas no informadas, es la posible contaminación de suelos y aguas luego de la siembra de nubes. Está científicamente demostrado, luego de decenas de miles de tomas de muestras de agua, nieve, suelo, a lo largo de los últimos 60 años y analizadas por estudios independientes, en distintas partes del mundo, que la concentración de yoduro de plata en el agua/nieve que precipita luego de la siembra de nubes, es menor al 0,01 microgramos por litro, siendo que el límite establecido por organismos de salud es 50 microgramos por litro, para que sea dañino a la salud humana.

Siembra Electrostática

Recientemente (2021) en los Estados Unidos de América ha sido reconocida una patente que propone el uso de gotas de agua cargadas eléctricamente para potenciar precisamente el mecanismo de colisión-coalescencia antes mencionado. https://www.agweb.com/weather/usda-scientists-testing-new-cloud-seeding-technology . Esta tecnología no es nueva, pero cuando fue inventada los aviones ni la electrónica tenían las capacidades actuales. Los primeros resultados de campo en Texas -2017 a 2021- muestran mayores incrementos de lluvia que con los dos métodos tradicionales. Usar gotas de agua tiene un atractivo doble: Primero, es amigable con el medio ambiente pues lo que se siembra es agua pura sin ningún aditamento químico; y segundo, es económicamente factible, algo ya demostrado.

Es precisamente esta dualidad la que resulta seductora no sólo para científicos, pilotos, ingenieros y beneficiarios de las precipitaciones, sino también para los dedicados al análisis de egresos e ingresos, pues la factibilidad económica es necesaria si se quiere implementar un programa sustentable.

Además, una ventaja del sistema electrostático es que aún las nubes delgadas, (stratus) sin gran desarrollo vertical, pueden ser sembradas con gotas más grandes, para aprovechar todas las posibilidades de siembra e incremento de precipitaciones; esto es algo que con la siembra glaciogénica no es posible. Debe reconocerse sin embargo, que los aviones aeroaplicadores, aún los más modernos, no son aptos para todo tipo de siembra de nubes, por lo que lo ideal es una combinación de tipos de aviones y de siembra para obtener los mejores resultados, incrementando las precipitaciones para cualquier nube en condiciones de ser sembrada.

Cómo se realiza la siembra den nubes? Según el tipo de nubes, avión disponible, parámetros medidos científicamente, la siembra se realiza en tope o base de las nubes.

Como se controla y toma la decisión de cuando y donde sembrar?

Sistema de Apoyo a la toma de decisiones para operaciones de siembra de nubes exitosas.

Siembra de nubes con bengalas glaciogénicas (BIP-Burn In Place) de distintos tamaños -60-120-200 gramos para SIEMBRA BASE. Cloud Seeding Technologies (Alemania),

Siembra en TOPE DE NUBES con Cartuchos Eyectables Cloud Seeding Technologies (Alemania)

Cartuchos Ejectables de Doble Efecto, mientras caen desde la altura de lanzamiento van sembrando partículas de yoduro de plata, aumentando la eficiencia de la siembra

Cloud Seeding Technologies (Alemania)

Ejemplo de operación de siembra higroscópica EN BASE DE NUBES con avión Cloud Seeding Technologies (Alemania)

Junto con Advanced Weather Modification Solutions, LLC (AWMS), US DOA (Department of Agriculture) y Zanoni Equipamentos (Brasil) trabajamos la provisión de servicios de modificación del clima operando aviones aero aplicadores con la Patente registrada por el US DOA, llamado “siembra electrostática” en América del Sur.

Usando el flujo entrante de una tormenta convectiva, una alta concentración de grandes gotas cargadas es transportada dentro de la capa de nube cálida. Las gotas grandes, con una carga electrostática, hacen que las pequeñas gotas presentes en la nube se adhieran a ellas y como resultado se produzca un proceso de lluvia cálida mas eficiente. Esas gotas grandes alcanzarán luego -llevadas por las corrientes ascendentes internas de la nube convectiva- y cambian de fase líquida a hielo, lo que proveerá grandes cantidades de hielo a la porción baja de la nube fría, rompiéndose y cayendo como precipitación de agua. Mientras esto ocurre, el calor latente es liberado permitiendo la nube crezca vertical y horizontalmente, o sea dure más tiempo lo que en estudios de campo demostró la cantidad de lluvia generada es el doble de cantidad comparándola con los sistemas de siembra de nubes convencionales, a un costo operativo mucho más bajo.

Siembra terrestre

Como funciona la siembra terrestre?

Diseñamos, producimos y damos soporte post-venta a sistemas de siembra terrestres.

Foto: Árbol de Bengalas con cámara web, sistema de ignición remoto, central meteorológica, comunicaciones redundantes (VHF-Satelite), datalogger, cableado a prueba de humedad/nieve/agua, protección de chispas y cenizas para evitar incendios involuntarios, capacidad 60/160 bengalas según tipo.

Durante 2020/21 junto con DMT proveímos a Tech Chile del servicio de medición de partículas en la mina Andacollo con un equipo Spidar basado en tierra, estando a cargo del soporte para construcción del trailer para Spidar, start up de las operaciones y follow up de las mismas en estrecha colaboración con técnicos y ambientalistas de Teck Chile.

Investigación y mediciones

Instrumentos
Investigación y mediciones
Consultoría de investigación atmosférica.

Asociados con DMT y científicos independientes, estamos en capacidad de realizar estudios de factibilidad, medición de atmósfera de distintos parámetros y tamaños de partículas.

Trabajando con científicos de la empresa Droplet Measurement Technologies https://www.dropletmeasurement.com/ conocida como “DROPLET”, operando los instrumentos de esa empresa y otras, cuando sea necesario, ofrecemos campañas de investigación atmosférica con instrumentos dedicados para cada tema, con distintos alcances y objetivos, algunos de los cuales pueden ser:

AEROSOLES: Los científicos estudian permanentemente el impacto de aerosols naturales y antropogénicos en nuestro clima, y en las propiedades de las nubes. Aerosoles son uno de los aspectos más inciertos en la formacion, duración y disipación de las nubes.
BIOAEROSOLES: Tambien llamados partículas biologicas primarias (PBAP), tienen un impacto significativo en las relaciones entre nuestra atmósfera, clima, biósfera y salud pública. Polen, bacterias aéreas, hongos y otras bio-partículas tienen muchos roles en el Sistema Planetario. La reproducción y proliferación de organismos a través de ecosistemas. El comienzo o diseminación de enfermedades diversas, por ejemplo; aún la formación de gotas de nubes, cristales de hielo y precipitación que impacta en nuestro clima.
PARTICULAS DE NUBES: Estudio de la microfísica de partículas individuales y gotas, informa a los investigadores cienfícos sobre los mecanismos de formación y crecimiento de las nubes Entendiendo las propiedades y comportamiento de partículas de nubes, provee una mirada crítica para la formación de nubes y precipitación, como también como las partículas de nubes juegan un rol importante en mantener el equilibrio de la energía terrestre.
NUCLEOS DE HIELO Y NUBES: Identificando la concentración de los núcleos de condensacion de nubes (CCN) y los núcleos de hielo (IN) es crítico para el estudio avanzado de la física de nubes, modelación del clima, y predicción precisa de la magnitud del cambio climático global. Mediciones de CCN e IN también ayudan a los operadores de siembra de nubes a determinar donde y cuando sembrar nubes para una mayor eficiencia de las operaciones.
NIEBLA Y PRECIPITACION: ambas tienen un importante role en la investigación del medio ambiente, seguridad operacional diaria y provisión de agua. Los datos recolectados con instrumentos de DMT, proven detallada caracterización que ayudan a entender la formación de nieblas y precipitaciones, como la microfísica, información ésta crítica para modelos de pronósticos y nowcasting.
CARBON NEGRO: entender el papel de partículas de carbon negro (BC) en el ambiente tiene severas implicancias para nuestra salud y clima. Datos recolectados por instrumentos DMT BC, que son específicos para la absorción de BC refractarios, han ayudado a determiner el valor de las estrategias para mitigación del cambio climático, comprendiendo la reducción de emisión de carbon negro.

Radiometrics

Introducción

Radiometrics Corporation (RDX) es una compañía establecida en Boulder (Colorado, USA) que ha desarrollado el Radiómetro Perfilador de Microondas (MRP) del modelo MP-3000A el cual es una plataforma de despliegue, análisis de datos y automatización de alertas meteorológicas que combina tecnologías de perfilamiento termodinámico utilizando las más modernas tecnologías de teledetección con el objetivo de lograr un monitoreo continuo de la capa limite planetaria mediante la obtención de perfiles verticales de viento, temperatura, humedad y contenido líquido. Como parte de la solución, se entrega opcionalmente un software customizado específicamente desarrollado con el objetivo de ofrecer a los usuarios herramientas de análisis de tiempo presente y visualización profesional en ambientes de posibles avalanchas, deslaves, y otras condiciones meteorológicas. El MP-3000A también puede ser configurado para apoyar una gran variedad de aplicaciones incluyendo monitoreo de calidad de aire, sistemas de alertas tempranas, redes de monitoreo de mesoescala y apoyo a actividades de producción de alto valor agregado.

El MP-3000A es una herramienta integral para el sondeo remoto atmosférico, permite mejorar aspectos relacionados con la seguridad operacional, confiabilidad y eficiencia, a través de la obtención de datos que combinan tecnologías de percepción remota con herramientas científicas de última generación necesarias para generar alertas sobre la aparición de condiciones meteorológicas adversas con alta precisión y oportunidad. Como resultado del uso de esta tecnología en la detección de condiciones inseguras, las autoridades de hidráulica, defensa civil, transporte de mercancías y público entre otras, pueden garantizar pronósticos y dar avisos a la población más eficientes y con mayor tiempo de preaviso, lo que se traduce en prevención, reducción significativa de pérdidas económicas, costos materiales de reparación de eventuales daños a infraestructura y también de posibles pérdidas de vidas humanas, además de múltiples beneficios en otras áreas de interés público.

Figura 1. Radiómetro MP-3000A

Relevancia del Sistema MP-3000 A

El Radiómetro MP 3000 A, genera perfiles verticales de las condiciones termodinámicas y de viento con una muy alta resolución temporal (cada 6/10 minutos), con el objetivo de monitorear los siguientes elementos y eventos meteorológicos:

Temperatura, humedad y contenido de agua líquida
Estabilidad atmosférica e índices de pronóstico de convección.
Inversiones de temperatura
Perfiles de viento y caracterización de eventos de viento cortante.
Evolución de corrientes de viento en niveles hasta 10.000 metros.
Desarrollo y disipación de eventos de niebla y neblina.
Presencia de condiciones que favorecen eventos de engelamiento.

El MP 3000 A provee información meteorológica clave dentro de la capa límite planetaria (PBL por su sigla en inglés del término Planetary Boundary Layer) desde la superficie hasta aproximadamente 10.000 metros sobre el nivel del terreno. La evolución y dinámica de los procesos de capa límite por lo general son la causa dominante en la aparición de eventos meteorológicos meso-escalares de alto impacto. De este modo, la oportunidad de monitorear cambios repentinos de las condiciones en tiempo real constituye un factor crítico para apoyar a los pronosticadores en su misión de soportar de manera oportuna y efectiva las alertas meteorológicas. Es por eso que uno de los servicios que ofrecemos es la formación de frentes de nieve en la zona de cordillera (y cualquier otra donde haya instalado un equipo Radiometrics instalado, operando de acuerdo a las instrucciones del fabricante), con una anticipación de 250 kms, el tiempo de preaviso estará en función de la velocidad de avance del frente de nieve.

Se encuentra en servicio en todo el mundo, al servicio de alerta de emergencias, y otros. Un ejemplo lo constituye el instalado en el techo del edificio de SIATA (Sistema Automático Información de Alerta Temprana) de Colombia.

Algunos procesos mecánicos usualmente inducen la aparición de vientos de alta velocidad en altura con dirección a la superficie (viento descendente), lo cual resulta en aumentos inesperados de la velocidad del viento. Los procesos de estabilidad atmosférica regulan la extensión de las mezclas descendentes, lo cual puede ser evaluado usando los perfiles termodinámicos producidos por el radiómetro con el objetivo de brindar al pronosticador información acerca de la profundidad de mezcla antes de que esta ocurra.

Figura 4. Velocidad del viento, viento cruzado, cortantes de viento y corrientes de bajo nivel desplegadas con barbas de viento superpuestas.

A pesar de que la Figura 4 muestra una serie de tiempo de 24 horas en intervalos de 30 minutos, es importante resaltar que los perfiles son obtenidos y actualizados cada 5-6 minutos, permitiendo de este modo el monitoreo detallado del ciclo de vida de fenómenos como las corrientes de bajos niveles entre otros. Sin este tipo de información, los pronosticadores del no podrían predecir con altos niveles de confianza las fases de inicio, maduración y disipación de esta clase de eventos meteorológicos.

Inversiones de temperatura.

Los perfiles termodinámicos derivados por el MP-3000 A ofrecen la posibilidad de monitorear inversiones de temperatura de bajos niveles (LLTI – Low Level Temperature Inversions) las cuales son responsables de producir cambios significativos en la densidad en los perfiles verticales de la atmósfera.

Adicionalmente, los datos cuantitativos producidos por el radiómetro pueden ser empleados de forma conjunta con las mediciones de temperatura ambiente y los cálculos de densidad de altura para mejorar los protocolos de alerta meteorológica.

En la Figura 5 se puede observar el análisis de la información termodinámica y de viento producida por el Radiómetro y desplegada en el software; allí se muestra una inversión de temperatura de aproximadamente 7 °C durante un periodo de 6 horas, centrada cerca de los 2000 pies sobre el nivel del terreno. Nótese el importante incremento en la humedad de bajos niveles y la cantidad de agua líquida durante el tiempo de permanencia de la inversión.

Figura 5. Serie de tiempo (6 horas) que muestra un caso de inversión de temperatura, humedad relativa y contenido de agua líquida. Barbas de viento superpuestas en cada caso.

Heladas en el área de la terminal, lluvia helada y condiciones de engelamiento.

El MP 3000 A tiene la capacidad de medir tanto las cantidades integradas de vapor de agua como de contenido líquido a lo largo del perfil atmosférico. Cuando estas mediciones se combinan con las obtenidas por los perfiles de temperatura, es posible monitorear fenómenos potencialmente peligrosos como las heladas, la lluvia helada y el potencial de engelamiento en la Capa Limite Planetaria (PBL), con posibilidades de dar preaviso de alguno de estos fenómenos en el área de interés, con suficiente antelación y localización georeferenciada dentro del área.

Durante eventos de precipitación potencialmente peligrosos (lluvias de gran intensidad, granizo, vientos fuertes), el MP 3000 A provee un monitoreo continuo de la Capa Limite Planetaria mediante perfiles de temperatura, agua líquida y densidad de vapor. Esta información es vital en la determinación de la cantidad y tipo de precipitación a nivel de superficie, apoyando la discriminación entre lluvia normal, lluvia helada, granizo y nieve. Los perfiles en tiempo real también ayudan en el pronóstico de los momentos de cambio de fase de la precipitación. La capacidad de monitorear tales cambios permite la toma de decisiones que pueden mejorar procedimientos operacionales, reducir costos y mejorar la eficiencia en las alertas. La Figura 7 muestra el despliegue de una amenaza por posible engelamiento usando el MP 3000A.

Figura 7. Llovizna con presencia de agua super enfriada y niebla durante una tormenta que representó una alerta por engelamiento en el Aeropuerto Internacional de Denver (DIA).

Estabilidad atmosférica, índices de pronóstico y convección.

MP 3000 A provee información de monitoreo en tiempo real de las condiciones termodinámicas y de viento. Dicha información puede ser utilizada en la derivación de parámetros de estabilidad, así como índices tradicionales de pronóstico, los cuales permiten el monitoreo frente a potenciales condiciones de tiempo severo incluyendo tormentas de origen convectivo (lluvias severas, granizo).

Mediante el seguimiento de las condiciones dinámicas en tiempo real, los pronosticadores tienen acceso a más información con respecto al posible tipo de tormenta y características de severidad, así como del momento de iniciación de la convección. En general, los globos de radiosondeos son lanzados desde sitios específicos (en Mendoza, desde el Aeropuerto Francisco Gabrielli y a veces desde Aeropuerto San Rafael) dos veces por día a las 00 UTC y las 12 UTC para monitorear las condiciones de la atmósfera. Desafortunadamente, muy pocas observaciones de la Capa Limite Planetaria (PBL) existen entre medio de los dos momentos de lanzamiento, horas que coinciden con los instantes más dinámicos del estado del tiempo; esto es crítico en la zona de Mendoza teniendo en cuenta que las tormentas convectivas que pueden producir grandes precipitaciones y granizo se desarrollan por las características atmosféricas, vientos de altura, y otras, a veces en 45 minutos, lo que exige mediciones más continuas, cada 12 horas resulta insuficiente.

MP 3000 A, software customizados y algoritmos precisos proveen información continua entre cada sondeo mediante técnicas de percepción remota con una resolución temporal de 6 minutos aproximadamente, ofreciendo a los meteorólogos una poderosa herramienta de tiempo presente para el monitoreo de la iniciación de procesos convectivos y sus características asociadas. La Figura 8 muestra un ejemplo de un análisis de sondeo producido con el MP 3000 A, allí se pueden observar los índices termodinámicos y de pronóstico.

Figura 8. Sondeo (hemagrama) producido por el RADIÓMETRO en el que se observan índices termodinámicos, característicasdeunatormenta (según el nivel de congelamiento si hay posibilidades de formación de granizo o no, el CAPE -Convective Available Potencial Energy, Potencial de Energía Convectiva Disponible- y categoría de la tormenta -Débil, Moderada, Fuerte.

Integración, procesamiento y visualización de datos en el sistema.

La instalación del sistema incluye el software y hardware necesario para integrar los datos generados por todos los instrumentos, procesar los datos integrados con algoritmos propietarios para visualización y análisis.

Las composiciones de los sondeos que son accedidas a través la interfase web del WTPS ofrece a los pronosticadores un despliegue integrado de los perfiles termodinámicos más recientes, así como la posibilidad de inspeccionar todas las alertas activas, como por ejemplo, las ocasionadas por nubes muy bajas, inversiones de temperatura y cortantes de viento (Figura 9). Los usuarios también pueden hacer consultas sobre perfiles previamente archivados, de manera que puedan ser analizados y superpuestos para efectos de comparación.

Figura 9: Perfiles termodinámicos del sistema RAOB, mostrado en el SIATA, Medellin, Colombia

Conclusiones.

El sistema MP 3000 A representa una solución de última generación en el uso de percepción remota aplicada a la observación de la atmosfera, la cual ofrece a los meteorólogos acceso a datos de monitoreo continuo y en tiempo real de las condiciones de la capa límite planetaria junto con análisis y alertas frente a condiciones adversas que podrían significar una emergencia hidráulica de distinto tipo, más otros usos que se le puede dar a la información recolectada y procesada para los pronósticos con resolución temporal de 6 a 30 minutos, y espacial de 1,5 km2, dependiendo de los sensores, software y computadoras que se elijan (Radares Perfiladores de Viento, SODAR, Redes de Estaciones Meteorológicas Automáticas).

A través de una exitosa alianza técnico-comercial, RDX y otras empresas han colaborado en la instalación y puesta en funcionamiento de diversas soluciones en el mundo.

Socios comerciales

PEGASUS

Consultoria

Aeroespacial y Energias Renovables

Investigacion atmosférica

Socios comerciales

PEGASUS

Consultoria

Aeroespacial y Energias Renovables

Investigacion atmosférica

​

Socios comerciales