El radar meteorológico no es una cámara fotográfica como sí lo son los sensores a bordo de satélites (estos son cámaras, es decir radiómetros que captan la luz visible y la radiación infrarroja que re-irradian las nubes y la superficie terrestre). Por tanto, usar el radar solamente para adjuntar una imagen a un pronóstico o una nota meteorológica es subutilizar olímpicamente sus capacidades. El radar explora toda la tropósfera y genera un dato tridimensional expresado en coordenadas polares y, a partir de ahí, es posible extraer muchísima información meteorológicamente útil que finalmente apreciamos en forma de disímiles imágenes. En este post quiero dejar mi apreciación de cómo se hace este proceso.
El proceso de extracción de la información meteorológicamente útil que se puede obtener de un radar transcurre en dos fases: Adquisición de los datos y Análisis de los datos, ambas de crucial importancia para el resultado final.
Adquisición de los datos
En este post hablaré del proceso de adquisición solo muy someramente, porque esto merece un post aparte.
Operar el radar consiste en hacer que el radar adquiera los datos que mejor revelen los pormenores de la situación meteorológica en el área de interés para la vigilancia por medio del radar. Por muy automatizados que estén los radares, la operación es un proceso que requiere la participación de un humano, muy bien calificado y muy entendido en la meteorología de su región de vigilancia. Sí, es bueno que el lector lo comprenda: los radares meteorológicos hay que operarlos ANTES y AHORA TAMBIÉN.
No existe ningún modo de operación automático que satisfaga todas las variantes posibles, la operación es un proceso de compromisos. Habrá lectores suspicaces que piensen que me refiero a los radares cubanos, que pueden estar atrasados tecnológicamente. No, no lo están; pero desencántense, el sistema de radares más sofisticado del mundo es el de los Estados Unidos. Estuve allí y conversé con los meteorólogos encargados de explotarlos. Sí, ellos OPERAN sus radares y me dieron esta explicación que ahora les sintetizo a mis lectores ávidos de saber. Después de Estados Unidos he estado en muchos radares de avanzada en otros países y salí con la misma percepción.
Existen cuatro cosas sobre las que hay que interactuar para adquirir el mejor dato posible: la estrategia de exploración, el régimen de trabajo, el procesamiento de señales y el modo de operación. Sí, hay que comprender bien la ingeniería del radar y, además, la física de la atmósfera.
Estrategia de exploración
Existen tres modos de exploración que pueden usarse. El primero y más común consiste en posicionar la antena en un ángulo dado de elevación sobre el horizonte y rotarla en el plano horizontal (acimutal), con sucesivas repeticiones, elevando la antena en la vertical. El segundo consiste en apuntar la antena a un ángulo fijo en acimut y balancearla de abajo a arriba en el plano vertical, este proceso puede repetirse en diversos ángulos acimutales de interés. El tercero y menos frecuente es apuntar la antena al cenit y rotarla en el plano horizontal. De cómo pongamos a explorar al radar dependerá la información que podamos extraer sobre los fenómenos presentes en la troposfera.
Comúnmente el radar de vigilancia meteorológica ejecuta, de rutina, observaciones completas del primer tipo cada 5-10 minutos para lograr exploraciones completas de la tropósfera. Para esto ejecuta 14 o más revoluciones de la antena a diferentes ángulos con respecto al horizonte.
Cada revolución consta de sectores angulares (típicamente 360, es decir cada sector de 1 grado). A su vez, cada sector está dividido en celdas (típicamente de 250 metros) y se extiende hasta el alcance máximo del radar (460 – 500 km). Al finalizar la observación completa tenemos un archivo con los datos en coordenadas esféricas. El dato de cada celda queda determinado por su distancia (desde el radar), el ángulo de elevación sobre el horizonte, el ángulo en el plano acimutal y el momento de tiempo en que se captó.
Régimen de trabajo
El régimen de trabajo está referido al transmisor-receptor. Se cambia: la duración del pulso, la frecuencia de repetición de los pulsos, la potencia transmitida y la polaridad. Eso determina si se trabaja en modo Reflectividad, en modo Doppler o en modo Polarimétrico. Es un proceso complejo con numerosas aristas que determinan la calidad del dato.
Procesamiento de señales
Esta parte es aun más compleja; pero la mayoría de las cosas quedan definidas al elegir el régimen de trabajo y la frecuencia de rotación de la antena. A disposición del operador queda seleccionar el filtrado de la señal para suprimir los ecos no deseados de origen no-meteorológico. La selección del filtrado se puede hacer para diferentes áreas de cobertura del radar. Esto influye decisivamente en la calidad del dato y en el performance de los algoritmos que actúan a posteriori de la adquisición. Si poco filtrado, pasan ecos no meteorológicos, si mucho filtrado, los ecos meteorológicos salen mutilados. Es un compromiso.
La selección efectuada de estrategia de exploración, régimen de trabajo y procesamiento de señales determina el Modo de Operación y se denominan, por ejemplo: Aire Claro, Tormenta cercana, Tormenta lejana, Estimación de precipitaciones, Huracán cercano, Huracán lejano…maximizando la calidad del dato según el fenómeno de mayor interés.
Las decisiones tomadas en la adquisición ponen los límites del análisis de los datos. Si se seleccionó un modo de operación inadecuado para la situación meteorológica imperante en el área de cobertura del radar no espere milagros del análisis. Si hay varias situaciones meteorológicas presentes en el área de cobertura, con requerimientos de adquisición (diferentes y a veces contradictorios), hay que decidir cuál puede resultar de mayor peligro y darle la prioridad en el modo de operación. Sí, la operación del radar es una tarea de compromisos y prioridades.
Análisis de los datos
Es muy conveniente que quien va a analizar los datos sea quien haya tomado las decisiones en la adquisición pues después de una primera observación exploratoria ya sabe a qué atenerse. El análisis de los datos pasa por 4 momentos cruciales: caracterización de los radioecos, identificación morfológica, interpretación de los radioecos y determinación de la peligrosidad.
Antes de adentrarme en los cuatro pasos debo hacer dos digresiones importantes: 1) ¿Qué debe saber el analista para hacer su trabajo? Y 2) ¿Con qué herramientas cuenta para eso?
¿Qué debe saber un analista? Muy brevemente: Meteorología General, Meteorología de meso escala, Física de las Nubes, Técnicas de radiolocalización meteorológica y Principios de funcionamiento de un radar meteorológico. Para los primeros dos hay numerosos libros, para lo tercero no creo que haya nada escrito (pueden contratarme para dar un curso antes que se me olvide todo) y para lo cuarto recomiendo el libro que yo traduje al español: El Radar para los Meteorólogos.
Saber analizar datos de radar es toda una ciencia; pero solo la experiencia les dirá cómo mejorar hasta que se conviertan en verdaderos cazadores de tormentas como los monstruos Rafael y Picón y otros muchos de los que aún no he hablado.
¿Con qué herramientas cuenta? Lo más importante de todo: el procesador de datos. El procesador de datos convierte los datos primarios en datos cartesianos (comprensibles a los humanos), cortes del volumen captado a diferentes alturas (si son cortes horizontales) o en diferentes direcciones (si son cortes verticales), como salida se obtienen los productos (CAPPI, PPI, Cortes verticales, Pseudovolumen, etc.) con diferentes magnitudes de salida (Reflectividad, VIL, precipitación acumulada, precipitación instantánea, Velocidad radial y otras muchas derivadas de la polarimetría).
El analista en Cuba cuenta con los siguientes procesadores de datos: VESTA|Proceso, VESTA|ORPG + VESTA|WebView2, TITAN, CVG, IDV. Lo segundo más importante son los modelos numéricos de pronóstico inmediato. En Cuba contamos con SISPI, un modelo excelentemente adaptado a las condiciones de Cuba. Ideal sería si el modelo fuera inicializado con datos de radar. Adicionalmente ayudan los sensores de rayos y las presentaciones del viento (como Windy). Entonces veamos los cuatro pasos:
Caracterización de los radioecos
Lo primero que debe hacer el analista es hacer una caracterización exhaustiva de todos los radioecos que está captando el radar en su radio de alcance. Esto implica determinar las dimensiones de cada conjunto de radioecos visibles (posición del centroide, dimensiones horizontales y verticales). Determinación de los valores máximos de Reflectividad y la altura a la que se localizan para cada conglomerado. Determinación de las velocidades de traslación y determinación de las zonas donde está precipitando.
Identificación morfológica
La identificación morfológica consiste en describir a qué clasificación corresponde cada conglomerado: celdas aisladas, líneas continuas, líneas discontinuas, áreas compactas o áreas dispersas. Esto nos conduciría a identificar celdas ordinarias, super celdas o multiceldas convectivas, así como los complejos convectivos de meso escala. Es necesario determinar si estamos en presencia de fenómenos estratiformes (que tal vez puedan contener celdas convectivas embebidas) o si se trata de la convección común en el verano. En los inviernos cubanos, los macro sistemas que afectan son los frentes fríos con los fenómenos peligrosos que traen aparejados. En los veranos cubanos tenemos que enfrentarnos a las Ondas del Este y sus posibles fenómenos asociados.
Interpretación de los radioecos
Interpretar los radioecos significa asociar lo que se está viendo en pantalla con los posibles fenómenos meteorológicos que pueden estar originando estos radioecos. Para esto se requiere un conocimiento sólido de meteorología de la meso escala y se requiere conocer las técnicas de radiolocalización. Las técnicas no son más que los procedimientos a seguir para determinar con certeza la presencia de un fenómeno peligroso: aero-avalanchas, tornados, granizos y lluvias intensas y/o sostenidas. Las técnicas no requieren un post, requieren todo un curso con ejercicios prácticos. Para el caso de los ciclones y las tormentas tropicales, se requiere un post aparte.
Determinación de la peligrosidad
El fin supremo de tener radares es poder determinar los fenómenos PELIGROSOS, ubicarlos correctamente y ALERTAR antes que se produzcan. Obviamente esto requiere habilidades, conocimientos y un poco de intuición. No se puede estar alertando ante cualquier fenómeno porque se pierde la credibilidad; pero mucho peor es no alertar y que suceda.
Cuando estuve de visita en el radar de Goodland en Kansas, el jefe de turno me mostraba orgulloso los diplomas de reconocimiento por haber alertado a tiempo de este y aquel tornado desastroso. Le pregunté –¿Y qué pasa si les va un tornado sin alertar? Me dijo –Que Dios me coja confeso si me sucediera una cosa tan espantosa, Orlando.
Aquí en Cuba la tarea de adelantarnos a los fenómenos peligrosos por medio del radar es aún una asignatura pendiente (con muy honorables excepciones). Los pronosticadores usan el radar post mortem para adjuntar imágenes, supuestamente para corroborar unos pronósticos de 24 horas acertados (del tipo mañana ocurrirán aisladas tormentas eléctricas en la tarde y para corroborarlo insertan una imagen de radar). Semejante uso no se corresponde con lo que se gasta en mantenerlos y modernizarlos (lea sobre eso).
Límites de uso del radar
En los disímiles cursos que he impartido por Centro y Suramérica hay una constante que se repite en todas partes. Cuando adquirieron un radar creen que han adquirido un “Meteorólogo Automático”, es decir un aparato que capta datos y emite alertas por sí mismo sin que la persona intervenga, ellos asumen que lo que dijo el fabricante de “Llave en mano” se refiere a eso y yo me encargo de desengañarlos y explicarles que no, que es como adquirir un auto, te dan la llave; pero debes conducirlo tú. El radar no es más que un instrumento de medición, el más complejo, sofisticado y caro de todo lo que está disponible para los meteorólogos.
De la misma forma, cuando leen que el fabricante les dice que el alcance efectivo del radar es de 500 km, piensan que el radar debe detectar y alertar de CUALQUIER fenómeno peligroso en ese radio. Entonces debo darle mi opinión a mis lectores de que los radares meteorológicos cubanos realizan de modo efectivo su trabajo solo para las siguientes condiciones, que tampoco deben ser tomadas al pie de la letra, es solo una idea general. Las cosas, en cada caso, son mucho más complejas, porque dependen de la altura del radar, de los ángulos de cierre y del sector en que aparece el fenómeno.
Detección y seguimiento de huracanes: hasta los 500 km, los ocho.
Detección y seguimiento de tormentas locales severas: 1) Hasta 240 km los radares de Camagüey, Casa Blanca, Holguín, Pilón y Pico San Juan y 2) Hasta 150 km los radares de La Bajada, Punta del Este y Gran Piedra.
Estimación de las precipitaciones: 1) Hasta 150 km los radares de Camagüey, Casa Blanca, Pico San Juan y Pilón; 2) hasta 180 km el radar de Holguín y 3) Hasta 80 km los radares de La Bajada, Punta del Este y Gran Piedra.
Determinación de los topes: 1) Hasta 120 km los radares de Camagüey, Casa Blanca, Pico Sn Juan y Pilón; 2) hasta 150 km el radar de Holguín y 3) Hasta 80 km los radares de La Bajada, Punta del Este y Gran Piedra. Los topes (alturas máximas) dependen del ancho del haz del radar.
Determinación de tornados: 1) Hasta 50 km los radares Doppler de Camagüey y Casa Blanca y 2) Hasta 80 km el radar de Doppler de Holguín. A este tema dedicaré un post aparte, para mostrar el detalle, pues la detección de un tornado es un asunto complejo, que depende nos solo de las características del radar, sino también del diámetro del vórtice tornádico.
Estas son solo algunas apreciaciones para suscitar la duda y generar que busquen la información, hablamos de temas que por sí mismos son todo un curso independiente, aprovechen, el equipo de trabajo de LADETEC está reconocido entre los 10 mejores del mundo, no con palabras, sino con hechos. Es tonto que un país pobre como Cuba desperdicie esa oportunidad. El daño es para el sistema meteorológico.
¡Nosotros seguimos estando al servicio de Cuba!
Sí, tenemos nuevas creaciones, el desarrollo no se detiene:
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