Radar del viento

2005/10/01 Imaz Amiano, Eneko - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

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El Servicio de Climatología y Meteorología del Gobierno Vasco dispone de un radar muy especial para conocer, predecir y analizar la evolución de los episodios climáticos violentos: el radar de perfilado, que realiza perfiles verticales de viento horizontal. Situada en el cabo Galea, en Getxo, Bizkaia, muestra el perfil de los vientos que circulan sobre él a una altitud de hasta 3.000 metros, es decir, determina su dirección y velocidad.

A modo de ejemplo, el 7 de febrero de 1996, una depresión profunda provocó un fuerte viento en forma de galerna, con incluso soplantes de 125 km/h. Los radares convencionales no pueden registrar este tipo de sucesos, pero a través del radar de perfilado se vio muy bien cómo el frente de viento se acercó a la costa, y cómo aquel frente en altitud descendió de arriba a abajo, y cómo a las 7 de la mañana llegó al nivel de la tierra.

Para conseguirlo, el radar de perfilado emite microondas, es direccional y mide el viento, es decir, algo que no es sólido o líquido. Sin embargo, los radares convencionales, los más utilizados en carreteras, aeropuertos o climatología, ofrecen información sobre la presencia de objetos a través de radioondas direccionales o no direccionales.

Explorando vertical

La galea es un raro radar de perfilado situado en el cabo, no sólo por su aspecto. De hecho, para obtener los datos de viento, la antena del radar emite pulsos microondas hacia el cielo de 1.290 MHz en cinco direcciones. Un pulso se envía en vertical, directamente al cenit, y los otros cuatro puntos cardinales, con un ángulo de 15,5º. Envía pulsos de 700 y 1.400 x 10 -9 segundos de duración.

Radar de perfilado del cabo Galea. La antena central emite y recibe pulsos microondas; los cuatro claxones cilíndricos, ondas sonoras.

El radar aprovecha la variación del índice de refracción. De hecho, la refracción se produce entre dos medios: las ondas, al pasar de uno a otro, cambian de dirección. El ejemplo más claro se produce cuando un palo se sumerge en el agua; en la zona que atraviesa la superficie parece que el palo se tuerce porque la dirección de las ondas de luz cambia al pasar de un medio a otro.

En la atmósfera no hay cambios en el medio, pero el viento provoca cambios en el índice de refracción. Esto, a su vez, provoca que algunas de estas microondas emitidas por el radar se reflejen y vuelvan a la antena. Ahora bien, la frecuencia de las microondas que vuelven no es la misma que la frecuencia de las emitidas, por lo que se aprovechan para obtener los resultados: la diferencia de frecuencia de las ondas emitidas y las recuperadas es recogida por el ordenador, tratada y representada el perfil del viento con una dirección y velocidad precisas. Sin embargo, la interpretación y conclusiones de estas imágenes y datos es obra de expertos.

Normalmente, con el radar de la Galea se mide un viento de hasta 3.000 metros de altura, pero varía en función de las condiciones, sobre todo de la humedad. En días muy poco húmedos puede llegar a medir hasta 5.000 metros de altitud. La resolución es de 100-200 metros, si bien en la actualidad trabaja en una resolución del 100%.

El radar de perfilado registró el viento del 7 de febrero de 1996. En la figura se puede observar la evolución del viento en función de su altitud y su duración.

Pero además de medir el viento, el radar mide la temperatura. Para ello se utilizan, por un lado, las ondas recogidas por el radar y, por otro, las señales acústicas emitidas específicamente para ello, recogiendo su reflejo. Cuatro claxons alrededor del radar emiten pulsos sonoros de 300-400 nanosegundos de duración, medidos a una altitud de entre 700 y 1.000 metros.

El alcance de las ondas sonoras es menor que el de las microondas, por lo que las medidas se realizan a menor altitud. Además, las medidas de temperatura sólo se pueden realizar durante el día. De hecho, cuando se instaló el radar no había casa cerca, pero hoy en día sí, por lo que no se pueden utilizar por la noche. Las mediciones de viento se realizan cada 25 minutos con radares y temperatura cada 30 minutos.

Múltiples usos de los datos

Todos los datos del radar se recogen en la Dirección de Climatología y Meteorología del Gobierno Vasco. No obstante, también se han recibido en la Escuela de Ingeniería de la Universidad del País Vasco, en el Grupo de Medio Ambiente Atmosférico.

Los datos recogidos son muy versátiles. Según explica Lucio Alonso, de la Escuela de Ingeniería, los datos se utilizan para la investigación de la parte baja de la atmósfera y para sus estudios meteorológicos: evolución del viento y la temperatura, formación de capas de aire, interacciones entre el viento y la topografía, dispersión de contaminantes atmosféricos, estudio de fenómenos meteorológicos extremos…

En la tabla se representa el viento estratificado. Su conocimiento es especialmente interesante para los aeropuertos.

A su vez, estas investigaciones o estudios tienen múltiples aplicaciones. Pueden utilizarse para predecir y analizar el tiempo a corto plazo, sobre todo cuando se trata de una tempestad o lluvias intensas. Los datos también son de interés para los servicios de vigilancia meteorológica de los aeropuertos. Las cortas de viento son muy peligrosas para el aterrizaje o el despegue, y los radares de perfilado son fácilmente detectables.

También es de gran interés para los servicios de vigilancia ambiental, ya que los datos pueden utilizarse para predecir la dispersión de los contaminantes producidos por accidente o por la actividad humana normal. En definitiva, los contaminantes atmosféricos son transportados por el viento.

Ozono de Bretaña a Bilbao

El grupo de Medio Ambiente Atmosférico de la Escuela de Ingeniería ha llevado a cabo, entre otros, estudios sobre el transporte de ozono a larga distancia.

Por ejemplo, se sabe que desde 1989 se generan bolsas de ozono sobre Bilbao, pero la concentración de estas bolsas es mayor que la provocada por el ozono producido en Bilbao. En Bilbao se acumula, por tanto, ozono procedente de algún lugar.

La combinación de los datos obtenidos a través del perfilador radar y los modelos de transporte y trayectoria meteorológica obtenidos por otros métodos han demostrado que el ozono se transporta a larga distancia en altitudes elevadas. Así han sabido, en determinadas condiciones meteorológicas, que el ozono medido en el País Vasco es el procedente de Bretaña, además de lo producido en el mismo.

El ozono procedente de Bretaña hace dos rutas antes de llegar a Bilbao: una es la corriente de aire que procede directamente de Bretaña y la otra, que tras pasar por el sur de Francia y Tarragona, entra por el valle del Ebro. En ambas zonas, además, se incrementa la cantidad de ozono. Eso sí, al igual que llega el ozono exterior a Bilbao, el ozono creado en Bilbao se extiende a otros lugares.

Hay que tener en cuenta que cuando el ozono está en las capas altas de la atmósfera, nos ayuda a protegernos de la radiación solar, pero en las capas bajas de la atmósfera es tóxico y la inhalación de muchos ozono nos afecta. Es muy importante conocer este transporte.

Por el momento, hay unos 12 radares de este tipo en toda Europa, pero Lucio Alonso se espera que vayan creciendo poco a poco, sobre todo teniendo en cuenta la disponibilidad de los aeropuertos y de la industria en zonas con gran cantidad de contaminantes.

¿Qué es el radar?

Acrónimo de radio detection and ranging en inglés, es decir, detección y localización por radio. Es una herramienta y un sistema que calcula la posición y distancia de un objeto emitiendo ondas de radio.

De hecho, el radar se basa en la emisión de pulsos cortos y estrechos de las ondas electromagnéticas y en su integración en un receptor después de reflejarse en un obstáculo. Teniendo en cuenta que las ondas se desplazan a una velocidad de 300.000 km/s, permite medir la distancia exacta al obstáculo. Además, si el objeto se está moviendo respecto a la fuente de onda, también se puede medir la velocidad del objeto mediante el cambio de frecuencia que se produce como consecuencia del efecto Doppler.

Marconi expuso en 1922 las bases teóricas para el desarrollo del radar. Durante la Segunda Guerra Mundial tuvo especial importancia en la detección de aviones alemanes. Desde entonces, los radares de vigilancia aérea, terrestre y marítima de uso militar se han desarrollado y se han convertido en imprescindibles. También se han multiplicado los usos civiles: se utilizan radares para controlar el tráfico aéreo, medir la velocidad de la carretera, seguir los satélites o la basura del espacio, seguir con precisión las tormentas en meteorología, encontrar objetos enterrados… También se utiliza un tipo de radar para abrir automáticamente las puertas de las tiendas.

El radar identifica cualquier objeto, porque las ondas de radio se reflejan en montañas, puentes, edificios, farolas o cualquier otra cosa. Esto puede ser un problema en un aeropuerto o en un control de velocidad de la carretera, pero en estos casos se filtra la señal que vuelve. En los controles de velocidad, por ejemplo, sólo identifica las ondas que el efecto Doppler ha transformado y no los objetos inmóviles.

El sonar marino es muy parecido al radar, pero utiliza ondas sonoras en lugar de ondas de radio, por su mejor alcance bajo el agua.

Del mundo a Bilbao Los estudios realizados con el radar de perfilado han demostrado que el ozono producido en Bretaña y el Reino Unido se transporta en capas altas de la atmósfera, llegando a Bilbao, entre otras cosas.