NEXRAD (Next Generation Radar) es una red de radares meteorológicos Doppler (modernizados ya todos a Doble Polaridad) de alta resolución, oficialmente conocidos como WSR-88D. Fue desarrollada por la NOAA (Administración Nacional Oceánica y Atmosférica) junto con otras agencias federales para reemplazar sistemas más antiguos como el WSR-57 y WSR-74. NEXRAD no es estático, sino que ha sido un ejemplo de sostenibilidad a lo largo de más de 35 años en constante modernización. Tiremos un vistazo.
Una vez concedida la licitación a Unisys en 1988, se comenzó una fase de evaluación del prototipo que se extendió hasta 1990. La aprobación para la producción en masa y el despliegue se dio a finales de 1990. En el año 1991 se construyó el ejemplar cero en Sterling, Virginia, inaugurado el 12 de junio de este año. El radar número 159 se instaló en North Webster, Indiana (en el sitio de la Base de la Fuerza Aérea de los EE. UU. que luego se cerró) en 1997. Acoto yo, que en abril de ese año nosotros inaugurábamos el primer radar en Cuba completamente automático en la Loma de la Mula (un MRL-5 que pasó a denominarse MRL-5M, que nos valió el Premio Relevante en el XII Forum Nacional de Ciencia y Técnica ).
¿Cómo está compuesta la red?
Sigamos con NEXRAD, la red está compuesta por 159 radares. De esos, 137 son operados por el National Weather Service (NWS/NOAA) para la previsión meteorológica general y la alerta temprana. Otros 12 radares son operados por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) para apoyo a la aviación militar y la defensa. Además, 10 radares son operados por la Administración Federal de Aviación (FAA) para la seguridad de la aviación civil y la detección de turbulencias y cizalladuras del viento cerca de aeropuertos importantes.
¿Dónde están ubicados?
Territorialmente, en los 48 estados limítrofes en el territorio continental de los EE.UU. hay 142 (operados por NWS, USAF y FAA). En Alaska hay 2 (NWS), en Hawai hay 4 (NWS), en la Isla de Guam hay 1 (NWS) y en Puerto Rico, 1 (NWS). En Corea del Sur hay 2 (USAF), supongo que para «salvaguardar los intereses nacionales» de los EE.UU.
Parámetros Técnicos del Radar WSR-88D (Pre-Modernización ORDA/ORPG)
| Parámetro | Valor / Especificación | Notas / Explicación |
|---|---|---|
| Frecuencia / Longitud de Onda | 2.7 – 3.0 GHz / ~10.7 – 11.1 cm | Banda S. Ideal para observar precipitación debido a su baja atenuación. |
| Potencia de Pico (Transmitter) | ~475 kW | Potencia de salida del magnetrón. |
| Potencia Promedio | ~700 W | |
| Ancho de Haz | 0.95° | A la mitad de la potencia (-3 dB). Define la resolución angular. |
| Diámetro de la Antena | 8.54 metros (28 pies) | Una antena parabólica más grande produce un haz más estrecho. |
| Ganancia de la Antena | ≥45.5 dB | |
| Rango de Dinámica del Receptor | 95 dB | Capacidad de distinguir entre señales muy fuertes y muy débiles. |
| Sensibilidad (Factor de Mejora) | -113 dBm para Z=1 dBZ @ 50 km | Capacidad para detectar blancos muy débiles (llovizna, nieve). |
| Volumen de Datos (SCAN) | VCP 11: ~5 min VCP 21: ~6 min VCP 31: ~10 min | Los VCP (Volumen Coverage Patterns) definen la estrategia de escaneo. 11 y 21 para clima severo, 31 para modo de vigilancia. |
| Niveles de Elevación | VCP 11: 14 niveles VCP 21: 9 niveles VCP 31: 5 niveles | |
| Rango de Distancia Máximo | 460 km (250 nmi) para reflectividad 230 km (124 nmi) para velocidad | Más allá de 230 km, la resolución de Doppler se degradaba significativamente. |
| Resolución Radial (Rango) | 0.25 km (250 m) para reflectividad 1.0 km para velocidad Doppler | La resolución de velocidad era 4 veces más gruesa que la de reflectividad. |
| Resolución Azimutal | ~1.0° | Determinada por el ancho del haz. |
| Alcance de Velocidad No Ambiguo (V<sub>nyq</sub>) | VCP 11/21: ±27 m/s (±53 nudos) VCP 31: ±38 m/s (±75 nudos) | Un valor bajo causaba frecuentes problemas de «aliasing» o envolvente de velocidad en tiempo severo. |
| Productos Generados | ~30 productos radar (Base y Derivados) | Incluía Reflectividad (Base y Compuesta), Velocidad Radial, Ancho Espectral (SW), Corriente de Lluvia (RZ), VIL, etc. Los algoritmos (e.g., para detectar mesociclones) eran menos avanzados. |
| Arquitectura de Procesamiento | ORPG (Clásico): Procesador de Radar abierto RPG (Clásico): Procesador de productos generador | Sistemas basados en hardware y software más antiguos, con menor capacidad computacional y de almacenamiento. La actualización a ORPG (Open RPG) fue la primera fase de la modernización, permitiendo nuevo software. La posterior actualización a ORDA (Open Radar Data Acquisition) modernizó la adquisición de datos. |
En la foto de este post, el radar de Goodland, Kansas que yo visité en el año 2000.
¡Detalles Interesantes y Curiosidades!
El NEXRAD es verdaderamente uno de los pilares de la ciencia meteorológica moderna, salvando incontables vidas cada año al proporcionar el precioso tiempo de anticipación necesario para buscar refugio.
1. No «Ve» los Tornados Directamente.
Esto sorprende a mucha gente. El radar no ve el viento ni el embudo de un tornado directamente. Lo que detecta son las partículas (lluvia, granizo, polvo, insectos) que son arrastradas por el viento. Para encontrar tornados, los meteorólogos buscan firmas indirectas en los datos de velocidad: Mesociclón: Una firma de rotación en la velocidad Doppler, que muestra donde el viento gira dentro de una tormenta (la «cuna» de un tornado). Debris Ball (Bola de Escombros): Una esfera de alta reflectividad que se forma cerca del suelo cuando un tornado es tan fuerte que levanta escombros (trozos de casas, árboles, tierra). Esto es una confirmación contundente de que un tornado destructivo está tocando suelo.
2. El «Cone of Silence» (Cono de Silencio).
El radar rota y se inclina, pero no puede escanear directamente encima de sí mismo. Esto crea un cono invisible de datos faltantes justo sobre la ubicación del radar. ¡Es irónico! La tormenta más peligrosa podría estar justo sobre el radar y este tendría dificultades para observarla. Los meteorólogos usan radares vecinos para «llenar» este hueco. En la cultura popular, se menciona mucho en la película Twister.
3. Los Datos son Públicos y de Libre Acceso
Toda la data cruda del NEXRAD es de dominio público. Cualquier persona, investigador o empresa (como Weather Channel, AccuWeather, etc.) puede acceder a ella y crear sus propios productos y visualizaciones. Esto ha fomentado una enorme innovación en apps del tiempo, sitios web y herramientas de análisis. Si usas una app del tiempo, casi seguro que estás viendo datos procesados del NEXRAD.
4. La Modernización con Dual-Pol (Dual-Polarization)
Esta fue la mayor actualización en la historia del NEXRAD (completada en 2013). Los radares originales enviaban y recibían ondas de radio en una sola orientación (horizontal). Los radares modernizados envían ondas en ambas orientaciones, horizontal y vertical. Esto es como pasar de ver el mundo en blanco y negro a verlo a color. Proporciona información mucho más rica sobre la forma y el tamaño de lo que está detectando, permitiendo: Distinguir lluvia de granizo y de escombros con mucha más precisión. Detectar tornados a través de la firma de escombros (Debris Ball), incluso de noche o si está envuelto en lluvia. Mejorar las estimaciones de lluvia y predecir inundaciones. Ver la estela de los aviones de pasajeros en el aire (como un arco de partículas de hielo).
5. No Solo para el Tiempo
Los radares detectan cualquier cosa lo suficientemente grande como para reflejar su haz. Esto incluye: Bio-eco (Ángeles): Enjambres de insectos, bandadas de pájaros migratorios (lo que permite a los científicos estudiar sus rutas). Apareamiento de Murciélagos: Se han observado enormes columnas de murciélagos saliendo de sus cuevas al anochecer. Incendios Forestales: El humo denso y las cenizas a veces son detectables. Interferencia del Terreno: Las montañas y edificios altos aparecen como retornos fijos.
6. El «Clockwork» de los Scans
El radar no escanea aleatoriamente. Sigue patrones predefinidos llamados VCP (Volume Coverage Patterns). Por ejemplo: VCP 212 (Severo): Escanea muchos ángulos en poco tiempo (~4.5 min) para cazar tormentas severas, sacrificando un poco de sensibilidad. VCP 12 (Clear Air): Escanea ángulos más bajos y lentamente (~10 min) para detectar vientos ligeros, polvo y nieve ligera. Es tan sensible que puede ver las fluctuaciones en el índice de refracción del aire limpio.
7. Un Proyecto Colosal para su Época
El despliegue del NEXRAD entre 1988 y 1997 fue un proyecto de ingeniería masivo. Costó aproximadamente $1.5 mil millones de dólares (de los 90). Reemplazó por completo una red obsoleta de radares de los años 50 (WSR-57 y WSR-74), mejorando la capacidad de detección de tornados de manera exponencial.
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