Habían pasado muchos años de que terminara la colaboración de Cuba con la Unión Soviética en 1991, año en que también desaparecía la propia Unión Soviética y que las instituciones con las cuales manteníamos relaciones científicas también pasaban por un período de reorientación. Mi comprensión de los temas de radar iba pasando de las cuestiones meramente ingenieriles a la comprensión de cómo explotar mejor la información de radar. La Vigésimo Novena Conferencia Internacional de Meteorología de Radar, celebrada en julio de 1999 en la ciudad de Montreal fue mi gran oportunidad de hacer muchas preguntas. Mi «víctima» primaria fue mi gran amigo y tutor, el Profesor Isztar Zawadzki, con quien ya sostenía comunicación por cartas de papel/sobre/sellos desde hacía unos años. A mi larga y fructífera relación con Zawadzki debo dedicar todo un post; pero hoy voy a limitarme a comentarles sobre su visión, muy adelantada para la época sobre el tema este de cómo rellenar los huecos en la cobertura de una red de radares, asunto que me preocupaba en aquel momento. Esta búsqueda de soluciones, que comenzó con preguntas en los pasillos del Queen Elizabeth en Montreal, pasó por el visionario proyecto CASA y hoy se materializa en redes comerciales como Climavision,que nos muestra el camino claro para modernizar la observación meteorológica en Cuba. En este post, exploraremos esta evolución y propondremos una solución concreta.
Ya sobre el tema de la cobertura traté abundantemente en el post «Radares Meteorológicos: ¿cobertura?» En este voy a hacer énfasis en uno de los aspectos allí tratados: la cobertura a baja altura. Básicamente el problema lo origina la curvatura de la Tierra, mientras más lejos esté el objeto meteorológico del radar, más alto pasa el haz del radar y perdemos la oportunidad de saber qué está sucediendo allí, cercano a la superficie de la Tierra.
En 1999, en la Vigésimo Novena Conferencia Internacional de Meteorología de Radar, la novedad tecnológica eran los radares multiestáticos. Los propios anfitriones del Observatorio Marshall de la Universidad de McGill mostraban su ejemplar de radar multiestático, centrado en el legendario radar del Stormy Weather Group, ubicado en el campus de la universidad McGill, en Sainte Anne de Bellevue. Sin embargo, no pasarían muchos años hasta que el tema de relleno de los huecos de cobertura (filling gaps) con radares de bajo costo (y no con radares multiestáticos) saltara a los primeros planos.
CASA un proyecto científico visionario
El proyecto CASA (Centro Colaborativo de Sensores Adaptativos de la Atmósfera del inglés, Collaborative Adaptive Sensing of the Atmosphere) comenzó formalmente en 2003 cuando fue establecido como un Centro de Ingeniería de Investigación (ERC, de Engineering Research Center) de la National Science Foundation (NSF) de los EE. UU. Concepto Fundacional: La idea central era revolucionar la observación meteorológica abordando una limitación clave de la red de radares de próxima generación (NEXRAD): su incapacidad para observar lo que sucede cerca de la superficie terrestre debido a la curvatura de la Tierra y la lejanía de los radares. La visión de CASA era crear una que pudieran «ver» debajo de la capa de cobertura de los radares convencionales. Enfoque «De Abajo Hacia Arriba». Mientras que los radares de la red nacional (NEXRAD) observan desde arriba hacia abajo, CASA proponía un enfoque inverso: una red de radares distribuidos que escanearan desde el nivel del suelo hacia arriba, proporcionando datos de muy alta resolución en las capas bajas de la atmósfera, donde interactúan los fenómenos meteorológicos y la sociedad.
El IP1. La Prueba Piloto
El primer proyecto de prueba de concepto fue el Sistema Integrado de Proyecto 1 (IP1), desplegado en el centro de Oklahoma entre 2006 y 2010. Esta red consistía en cuatro radares de banda X de bajo costo, espaciados a unos 30 km de distancia, que trabajaban de forma colaborativa y adaptativa. Evolución y Contribuciones Clave. Durante su fase activa como ERC y en los años siguientes, CASA no solo construyó radares, sino que desarrolló un ecosistema tecnológico y conceptual completo. Tecnología Central: Desarrollaron radares de pulsos Doppler en banda X, compactos y de consumo eficiente de energía, que podían instalarse en torres de comunicaciones o postes. Inteligencia de Red y Adaptabilidad: Uno de los avances más significativos fue el software y los algoritmos que permitían a la red operar de forma adaptativa. En lugar de escanear patrones predefinidos, los radares podían recibir comandos para, por ejemplo, seguir una tormenta específica con mayor detalle o ajustar sus ángulos de escaneo para rastrear un frente de ráfagas de viento. Esto optimizaba el uso de los recursos y la calidad de los datos. Demostración de Capacidades: El proyecto IP1 demostró exitosamente la capacidad de: Mapear fenómenos peligrosos a nivel del suelo: Detectar aeroavalanchas, frentes de racha, y la estructura fina de tornados y tormentas con una resolución sin precedentes. Mejorar la predicción inmediata (Nowcasting): Proporcionar datos con una actualización muy rápida (minutos) que son críticos para alertas de tornados, inundaciones repentinas y fenómenos de viento severo Discriminación de Precipitaciones: Diferenciar entre lluvia, nieve y granizo con mayor precisión cerca del suelo.
Estado Actual y Legado El ERC original de CASA ya no está operativo (finalizó su ciclo de financiación de la NSF), pero su legado es profundo y su tecnología sigue viva de otras formas. Despliegues Locales y Especializados: La tecnología se utiliza en proyectos específicos, como los mencionados para incendios o en redes de prueba para tiempo severo. Principios Adoptados: El concepto central de CASA—redes densas, de bajo costo y adaptativas—ha sido adoptado y validado como un paradigma viable para la observación meteorológica futura. Ha influido en la planificación de agencias meteorológicas a nivel mundial.
Aplicaciones Específicas y «Descendientes» Tecnológicos de CASA
Detección de Incendios Forestales: La tecnología y el conocimiento de CASA se transfirieron directamente a sistemas como el ALERT (Adaptive Land-based Early-warning Radar System for Tracking wildfires). Estos radares pueden detectar y rastrear el desarrollo de columnas de pirocúmulos y cenizas en tiempo real, proporcionando información crítica para combatir incendios forestales. Nowcasting Meteorológico Mejorado: Los principios de CASA se utilizan en proyectos e instalaciones que buscan llenar los vacíos de observación en terrenos complejos, como ciudades o regiones montañosas. Empresas derivadas (spin-offs) y grupos de investigación continúan desarrollando y desplegando radares basados en esta filosofía.
De modo colateral, el proyecto HORUS puede considerarse un sucesor conceptual que coincide con CASA en su interés en alta resolución espacial y temporal: uno de los grandes problemas de las redes tradicionales es la velocidad de actualización o “refresh”; HORUS permite escaneos muy rápidos, algo que CASA también valoraba en su paradigma de sensores colaborativos con adaptabilidad. CASA usaba principalmente escaneo mecánico en muchos radares pequeños y coordinación para adaptarse; sin embargo HORUS usa escaneo electrónico (antena de matriz de dipolos en fase) para lograr gran agilidad. HORUS, si bien podemos considerarlo heredero de ciertos conceptos de CASA, es una solución tecnológica digamos que paralela al tema que tratamos de complementar la cobertura por radar. HORUS es un proyecto de radar del Advanced Radar Research Center (ARRC) de la Universidad de Oklahoma con apoyo de NOAA, por tanto, no hay una “sucesión formal” con CASA, solo una especie de herencia tecnológica, en la que HORUS representa una evolución natural de muchas de las ideas de CASA: adaptabilidad, escaneo rápido, radar con polarimetría, y la búsqueda de mejorar la observación de fenómenos severos.
Estado actual de CASA
Es importante aclarar que no existe una «Red CASA» nacional operativa como la que se vislumbraba originalmente. En cambio, su legado reside en: proyectos de investigación continuos en varias universidades (como UMass Amherst, Colorado State University, etc.) que fueron parte del consorcio original siguen investigando y desarrollando tecnología de radares basada en los principios de CASA.
Climavision: De la Investigación a la Realidad Comercial
Si CASA fue el laboratorio, Climavision es el emprendimiento que llevó el producto al mercado. Esta empresa ha sido la más exitosa en convertir los principios de CASA en una red operativa y comercial. Climavision es una empresa privada que ha desplegado su propia red de radares X-band para “llenar huecos” (“gaps”) en los radares federales (como los NEXRAD). Climavision+1 Su red está creciendo: tienen decenas de radares en varios estados y apuntan a expandirse más. Business Wire+1 Tienen acuerdos con NOAA / NWS para que sus datos sean usados por estaciones de pronóstico y en sistemas como MRMS (Multi-Radar Multi-Sensor). PR Newswire+1 Su modelo es “Radar as a Service”: ellos instalan, operan y mantienen los radares, y venden o comparten los datos con clientes (gobiernos, empresas, etc.). Climavision
La tecnología de Climavision también está enfocada en captar fenómenos a bajas altitudes (por debajo de 1.2 km), que muchas veces no están bien cubiertos por los radares tradicionales. Climavision ha llevado los principios de CASA más allá del laboratorio, enfrentando los desafíos prácticos de construir y mantener una red de radares.Enfoque en los vacíos de cobertura: Al igual que CASA, Climavision identifica que los radares nacionales (NEXRAD) no pueden observar efectivamente la parte inferior de la atmósfera debido a la curvatura de la Tierra. Su red se despliega estratégicamente para cubrir estas zonas ciegas, proporcionando datos donde antes no los había. Superación de los desafíos de la red: Mantener una red de radares operativa 24/7 es complejo y costoso. Climavision asume esta carga para sus clientes, ofreciendo los datos mediante una suscripción (RaaS), lo que elimina la necesidad de una gran inversión inicial en infraestructura propia.
Reconocimiento y Validación Externa: La solvencia tecnológica de Climavision está respaldada por asociaciones formales. La NOAA ha extendido recientemente un acuerdo de colaboración con Climavision por cinco años para evaluar e integrar sus datos en sus sistemas de investigación y pronóstico, incluido el sistema Multi-Radar Multi-Sensor (MRMS). Veamos algunos ejemplos de validación:
1. Tornado No Alertado en Tennessee (5 de Mayo de 2023) Este es un ejemplo clásico de cómo los radares de Climavision llenaron un vacío de cobertura a baja altura. Lo que pasó: Se formó un tornado EF-0 en el condado de Montgomery, Tennessee. El radar NEXRAD más cercano estaba a más de 80 km de distancia, y su haz pasaba muy por encima de la tormenta en su fase inicial. El Servicio Meteorológico Nacional (NWS) no pudo emitir una advertencia para este tornado. Lo que vio Climavision: Un radar X-band de Climavision, ubicado a solo 35 km de la tormenta, pudo escanear su estructura interna a una altura muy baja. Los datos mostraron una firma (patrón) de rotación clara y definida en la base de la tormenta minutos antes de que el tornado tocara tierra. El Impacto: Este caso demostró que incluso en una región con buena cobertura teórica de NEXRAD, los vacíos de baja altitud son críticos. Climavision proporcionó la información que hubiera sido necesaria para una alerta temprana.
2. Frente de Rachas Severas en Kentucky (29 de Junio de 2023) Aquí, la red actuó como el sistema de sensores denso y adaptativo que CASA imaginaba. Lo que pasó: Una línea de tormentas conocida como «derecho» produjo vientos destructivos en cadena a través de Kentucky. Los radares NEXRAD, con su actualización cada 4-6 minutos, tenían dificultades para captar la evolución rápida de los frentes de ráfagas más intensos. Lo que Vio Climavision: Con actualizaciones cada 30-60 segundos, la red de Climavision pudo mapear con extrema precisión la ubicación y la fuerza del frente de ráfagas de viento en tiempo real. Los meteorólogos pudieron ver los «frentes de racha» individuales y cómo se desplazaban, algo casi imposible de discernir con la red convencional. El Impacto: Este nivel de detalle es crucial para los pronosticadores y los equipos de gestión de emergencias, permitiéndoles emitir advertencias más específicas por viento y saber exactamente qué comunidades serían impactadas y cuándo.
3. Detección de un Tornado en Terreno Montañoso de Pensilvania (1 de Agosto de 2023) Este caso subraya la ventaja en terrenos complejos, otro punto débil de NEXRAD. Lo que pasó: En el condado de Bradford, Pensilvania, un tornado EF-1 se formó en un área de valles y colinas. La topografía bloquea y degrada la señal del haz del radar NEXRAD, creando zonas ciegas importantes. Lo que Vio Climavision: Un radar de brecha de Climavision, estratégicamente ubicado para cubrir esta área topográficamente desafiante, detectó la firma de rotación del tornado a una altura de menos de 1,000 metros sobre el suelo. El NEXRAD no mostró una firma (patrón) de vórtice tornádico (TVS) clara para este evento. El Impacto: Demostró que el concepto de red densa no es solo para las llanuras, sino que es quizás aún más valioso en regiones montañosas donde la cobertura tradicional es inherentemente pobre.
Estos casos concretos ilustran perfectamente cómo Climavision es la materialización del legado de CASA. No es solo una tecnología similar; es una red que está operando hoy, detectando peligros que se escapaban antes y proporcionando datos que ya se están usando para salvar vidas y propiedad, en directa colaboración con las agencias meteorológicas nacionales.
La Colaboración con la NOAA, un ejemplo de complementación entre el sector privado y el estatal. El valor de estos datos no es solo una afirmación de Climavision. La NOAA y el Servicio Nacional de Meteorología (NWS) están actuando basándose en ello. Integración en el Sistema MRMS: Los datos de Climavision se están integrando y evaluando dentro del sistema Multi-Radar Multi-Sensor (MRMS) de la NOAA. Este sistema es fundamental para generar productos de severidad y precipitación en tiempo real para todo Estados Unidos. La inclusión de los datos de Climavision tiene el potencial de mejorar la precisión de todo el sistema nacional. Acuerdo de Colaboración: Como se mencionó, existe un acuerdo formal para que la NOAA acceda a los datos de la red de Climavision. Esto significa que los pronosticadores del NWS están utilizando ahora mismo esta información en sus procesos de pronóstico.
Dos enfoques un mismo objetivo: rellenar huecos en la cobertura por radar
En resumen, la relación es clara: mientras que CASA fue el pionero de investigación que demostró la viabilidad y el valor de las redes de radares densas y de bajo costo, Climavision es una evolución comercial de ese concepto, construyendo y operando una red física real que aplica esos mismos principios para resolver un problema crítico en la meteorología actual. Vea la siguiente tabla que muestra similitudes y diferencias.
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Para Cuba hace falta COMPLEMENTAR la actual red de ocho radares (por supuesto culminado el proceso de modernización Doppler en los cinco radares que faltan y restableciendo el modo Doppler en los tres que lo poseen) con 5-6 radares de Banda X, Doppler y Polarimétricos de bajo costo y corto alcance. LAMULA Weather Radar Solutions de LADETEC tiene justamente una solución como esta para mejorar la cobertura a bajo nivel en puntos específicos.
Mejorar la cobertura de fenómenos peligrosos a la aviación a bajo nivel en lugares como el aeropuerto de Boyeros, el aeropuerto de Varadero, el noroeste de Ciego de Ávila con el aeropuerto de Cayo Coco y el Polo Turístico son enclaves priorizados,
Mejorar la estimación de lluvia en las ciudades de Santiago de Cuba, Cienfuegos y el extremo oriental de Cuba serían candidatos a evaluar por su condición de encontrarse en un relieve complicado por las montañas y las dificultades que esto trae para los radares de Pico San Juan, Pilón y Gran Piedra.
LADETEC tiene listo el diseño completo de hardware y software de semejante radar, de banda X, Doppler y Polarimétrico con soberanía tecnológica total. No se trata solo del software propio del radar sino de su engarce con AWIPS y ORPG, ampliamente empleados en los radares de Estados Unidos y en los centros de pronósticos regionales. Si mi insaciable y voraz lector está interesado en estos temas también puede tirar un vistazo a los siguientes posts:
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