Prólogo al libro «Estudio de hidrometeoros basado en información de variables polarimétricas de radares meteorológicos para Colombia» de los autores Ernesto Gómez Vargas, Laura Angélica Cadena Contreras y César Andrey Perdomo Charry. Publicado por la Universidad Distrital de Bogotá Francisco José de Caldas. Doctorado en Ingeniería.
A diferencia de otras variables meteorológicas para las cuales solemos hablar de medición, para la lluvia hablamos de estimación. Esto ocurre porque ninguno de los métodos existentes para su medición, son realmente representativos de esta variable que suele tener una gran variación en el tiempo y el espacio y cada uno de ellos está sujeto a errores que pueden llegar hasta un 50%. Actualmente se emplean tres tipos de instrumentos para la estimación de la lluvia: los pluviómetros, considerados “la verdad” de la lluvia caída en tierra, los radares meteorológicos y los sensores a bordo de satélites meteorológicos (radiómetros que reciben la radiación emitida por la tierra en diferentes longitudes de onda). Sin embargo, todos sabemos que “la verdad” sobre la lluvia caída solo San Pedro la sabe, los humanos hacemos estimados.
Básicamente las ventajas del radar están en su habilidad para estimar la lluvia en un área muy grande, de forma instantánea y suministrar acumulados para cualquier intervalo de tiempo y sobre cualquier área específica sin importar si es de día o de noche y para cualesquiera condiciones del tiempo. Es importante recalcar que el radar repite su exploración cada cinco minutos o menos, y que actualiza los estimados con cada observación. De este modo tenemos acumulados estimados para 1, 3, 6, 12, 24 horas que se actualizan de forma deslizante cada cinco minutos o menos, y esta es una ventaja sustancial sobre la lluvia estimada por pluviómetros.
La inmediatez del radar le permite la alerta temprana de las inundaciones repentinas y el monitoreo de la lluvia en áreas donde no se dispone de la pluviometría. El uso del radar es imprescindible, no solo para monitorear la lluvia en áreas donde no hay pluviómetros, también lo es `para las áreas bien cubiertas de pluviómetros, cuando estos quedan sepultados por las inundaciones, por tanto, incapaces de brindar información.
Una ventaja adicional del radar es que permite obtener la estructura tridimensional de la precipitación, lo que facilita, no solo los estimados de la precipitación, sino también el pronóstico de su evolución.
En los países más desarrollados, con EE.UU. a la cabeza, la vigilancia hidrometeorológica hoy en día recae en los radares meteorológicos, apoyados en la pluviometría para calibrar las estimaciones por radar. Esta práctica, que actualmente nos parece algo muy natural, tiene, sin embargo, una larguísima historia de perfeccionamiento que se remonta a uno de los artículos más referenciados en la Meteorología, el inmortal: “The distribution of raindrops with size” de J. S. Marshall y W. McK. Palmer de 1948. Mucho ha llovido desde entonces y este tema de la estimación de las precipitaciones con radar sigue siendo polémico y suscitando controversias en cada foro de la especialidad. Suerte que ya no se estilan los duelos, que, si no, habríamos presenciado más de un desenlace fatal en las conferencias donde se “dirimen” las discrepancias metodológicas.
La estimación de las precipitaciones se mueve hacia delante en dos direcciones: unos continúan buscando el “observable”, es decir, una medición que resulte una representación física de la precipitación sin retroalimentación externa al radar. Otros, en cambio, aceptan la imperfección de los métodos de estimación por radar y tratan de estimar la precipitación que llega a la superficie de la tierra usando las mediciones del radar (que siempre se hace a una cierta altura sobre la superficie) y corrigiéndola por métodos ingeniero-estadísticos a partir de mediciones ajenas al radar (por ejemplo, mediciones de pluviómetros). Ambas tendencias se perfeccionan y evolucionan continuamente.
Inicialmente, en todo el siglo XX, la estimación de las precipitaciones estuvo confinada a establecer relaciones empíricas entre la intensidad de la precipitación y la Reflectividad de la nube, medida por radar. Ya en el siglo XXI con la introducción y consolidación de los radares polarimétricos aparecen nuevas variables contra las cuales se pueden establecer nuevas relaciones empíricas.
El problema es extremadamente complejo, porque si bien a partir de una composición microfísica de la precipitación (cantidad de gotas por cada tamaño y estado de agregación) conocida se puede calcular de forma unívoca la Reflectividad, el proceso inverso no resulta viable: dada una Reflectividad conocer la microfísica de la precipitación. Sin embargo, el uso de la polarimetría no solo nos proporciona nuevos observables con los cuales establecer relaciones empíricas, sino que también nos proporciona la posibilidad de clasificar los hidrometeoros a partir de un juego de variables polarimétricas conocidas. Conociendo de esta forma el tipo de hidrometeoro que conforma una precipitación nos permite aplicar relaciones empíricas diferentes para cada composición microfísica, por tanto, refinar los estimados de precipitación.
Desafortunadamente, el proceso de clasificación de los hidrometeoros no es determinístico. Se trata de un problema clásico para el cual es necesario aplicar inteligencia artificial. Cuando adquirimos un moderno radar meteorológico con capacidad polarimétrica este viene con su propio algoritmo de clasificación; pero viene entrenado para las composiciones microfísicas de otras latitudes donde fueron creados y probados estos algoritmos.
En este trabajo se aborda exitosamente un análisis de los hidrometeoros en Colombia mediante el uso de radares meteorológicos de banda C, específicamente los radares ubicados en El Tablazo (Cundinamarca) y Corozal (Sucre) para desarrollar un modelo conceptual y final para la identificación y clasificación de hidrometeoros utilizando variables polarimétricas obtenidas a través de estos radares. Los modelos meteorológicos implementados en los clasificadores que vienen con los radares no logran representar de manera precisa los hidrometeoros predominantes en la región, como la lluvia intensa, el granizo y otros fenómenos climáticos locales.
En este trabajo se propone un nuevo modelo de clasificación más adecuado para las condiciones locales en Colombia. Este modelo funciona en dos etapas: en la primera, se marcan los ecos biológicos y las propagaciones anómalas y se les diferencia de los ecos meteorológicos; en la segunda, se toman los ecos marcados como meteorológicos y se clasifican según los tipos de hidrometeoros presentes en las precipitaciones colombianas (lluvia ligera, moderada, pesada, granizo y gotas grandes).
El modelo ha sido validado tanto con datos simulados como con datos reales de los radares de El Tablazo y Corozal, y no solo mejora la precisión en la estimación de las precipitaciones, sino que también contribuye al desarrollo de métodos de pronósticos de las precipitaciones para la alerta temprana de fenómenos hidrometeorológicos peligrosos para el país.
Orlando L. Rodríguez González
Camagüey, 25 de diciembre de 2024
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