Tomado de Noticias del NSSL (en inglés): https://inside.nssl.noaa.gov/nsslnews/2024/11/a-clear-vision-phased-array-radar-innovating-for-the-future/
El radar de matriz en fase (PAR, siglas en inglés de: Phased Array Radar), un nuevo y revolucionario radar meteorológico que está desarrollando el Laboratorio Nacional de Tormentas Severas de la NOAA, ofrece actualizaciones más rápidas, datos más precisos y detallados y una adaptabilidad revolucionaria. En definitiva, el PAR permite a los pronosticadores ofrecer plazos de anticipación más largos ante fenómenos meteorológicos severos y tornados.
Los radares meteorológicos actuales nos ofrecen una serie de instantáneas de precipitaciones y tormentas eléctricas. Cuando se juntan, esas imágenes muestran lo que está sucediendo en la atmósfera, como si fuera un libro animado.
El radar de matriz en fase (PAR), una nueva tecnología de radar meteorológico que actualmente está siendo desarrollada por el Laboratorio Nacional de Tormentas Severas (NSSL, siglas en inglés de National Severe Storm Laboratory) de la NOAA, ofrece actualizaciones más rápidas e instantáneas mucho más frecuentes, convirtiendo potencialmente ese efecto de libro animado en lo que parece un video fluido.
Durante más de 30 años, la previsión meteorológica del país ha dependido en gran medida de la red de radares NEXRAD (un ejemplo de un radar de doble polarización NEXRAD WSR-88D en la imagen de la derecha). Esta red ha sido el estándar mundial en radares meteorológicos, sin embargo, el sistema está llegando al final de su vida útil diseñada.
El radar de matriz en fase se presenta como una posible solución de cambio de paradigma para el futuro del radar meteorológico en los Estados Unidos.
NEXRAD, LA ENVIDIA DEL MUNDO
Las condiciones meteorológicas extremas siguen representando una amenaza cada vez más importante para las comunidades de todo Estados Unidos. Desde tornados en las Grandes Llanuras hasta huracanes en las costas y todo lo demás, los pronósticos meteorológicos oportunos y precisos son cruciales para salvar vidas y proteger la propiedad.
En el corazón de estos pronósticos que salvan vidas se encuentra la tecnología de radar utilizada por los meteorólogos para monitorear y predecir el comportamiento de las tormentas.
Durante más de 30 años, la previsión meteorológica del país se ha basado en gran medida en el WSR-88D (radar de vigilancia meteorológica, Doppler de 1988) , más conocido como red de radar NEXRAD . Este sistema de radar Doppler , desarrollado en gran parte en NSS L, ha proporcionado a los meteorólogos la capacidad de rastrear tormentas en tiempo real, medir la intensidad de las precipitaciones y detectar los patrones de rotación de las tormentas eléctricas que pueden dar lugar a tornados. Las capacidades de NEXRAD lo han convertido en una herramienta invaluable para emitir advertencias oportunas sobre condiciones meteorológicas severas.
A pesar de su fiabilidad, el WSR-88D tiene algunas limitaciones. Una de las más importantes es su tiempo de escaneo relativamente lento. Normalmente, el radar tarda entre cuatro y seis minutos en completar un escaneo completo de la atmósfera. Aunque esto puede parecer rápido, los fenómenos meteorológicos de rápida evolución, como tornados o ráfagas descendentes (aeroavalanchas), pueden cambiar significativamente en apenas unos minutos, lo que significa que pueden pasarse por alto detalles críticos. Además, el sistema está llegando al final de su vida útil diseñada.
“Siguen siendo el radar de referencia en todo el mundo para la detección de fenómenos meteorológicos extremos”, afirmó Jessica Schultz, subdirectora del programa RADAR Next. “Sin embargo, su mantenimiento resulta cada vez más costoso y, por ello, tendremos que buscar un sustituto. Un estudio reciente identificó que la disponibilidad de los NEXRAD disminuirá a mediados de la década de 2030. Se trata de un activo nacional fundamental, por lo que Radar Next estudiará distintos tipos de tecnología de radar para determinar la mejor solución y, a continuación, la implementará en 2040”.
LA PROMESA DEL RADAR DE MATRIZ EN FASE
El PAR está diseñado para superar muchos de los desafíos asociados con los sistemas Doppler tradicionales. A diferencia de NEXRAD, que utiliza una antena giratoria para enviar y recibir señales de radar, el PAR utiliza antenas estacionarias compuestas por numerosos elementos pequeños controlados electrónicamente. Estos elementos pueden cambiar la dirección del haz del radar sin ningún movimiento mecánico, lo que permite realizar exploraciones casi instantáneas de múltiples áreas de la atmósfera.
Una de las ventajas más importantes de PAR es su velocidad de escaneo. Mientras que NEXRAD tarda varios minutos en completar un escaneo completo, PAR puede hacerlo en menos de un minuto. Esta rápida frecuencia de actualización significa que los meteorólogos pueden monitorear tormentas casi en tiempo real, capturando detalles sobre fenómenos de rápida evolución como tornados, inundaciones repentinas, granizo y ráfagas de viento descendentes dañinas con mayor precisión.
“Esta tecnología representa un paradigma completamente nuevo para las observaciones meteorológicas, porque podemos dirigir el haz electrónicamente”, dijo Sebastian Torres, científico investigador del Instituto Cooperativo para la Investigación y Operaciones Meteorológicas Severas y de Alto Impacto (CIWRO) y NSSL. “Podemos hacer cosas que son imposibles de hacer con una antena parabólica. Por ejemplo, podemos proporcionar datos de radar con actualizaciones superrápidas. Y esto es muy importante, especialmente cuando hay fenómenos meteorológicos que evolucionan muy rápidamente, como los tornados”.
Además, PAR tiene la flexibilidad de centrarse en áreas de interés específicas, como una tormenta eléctrica rotatoria o un tornado en desarrollo, sin necesidad de completar un escaneo atmosférico completo, lo que lo hace más eficiente y eficaz para identificar eventos climáticos severos.
Larry Hopper, Director de la División de Ingeniería y Observaciones del NSSL, dijo que el escaneo flexible será invaluable para los pronosticadores.
“El radar de matriz en fase es realmente la única vía de acceso potencial para el futuro que puede escanear de manera flexible y adaptable de manera tal que esté listo para cuando el Servicio Meteorológico Nacional lo necesite aquí en la próxima década o dos”, dijo Hopper.
EL DEMOSTRADOR DE TECNOLOGÍA AVANZADA
Para explorar todo el potencial de PAR, NSSL y sus socios han desarrollado el Demostrador de Tecnología Avanzada (ATD), un radar de matriz en fase de polarización dual y una sola cara. El ATD es un prototipo de investigación de PAR diseñado como prueba de concepto para probar e iterar sobre las capacidades potenciales de una futura red PAR a nivel nacional.
“En 2016, junto con nuestros socios, construimos el Demostrador de Tecnología Avanzada”, dijo Torres. “El ATD es el primer radar de matriz en fase polarimétrica dual de tamaño completo diseñado para observaciones meteorológicas. El objetivo original era demostrar que podíamos combinar tecnologías de radar de matriz en fase y polarización dual en un solo sistema y, desde que el ATD entró en funcionamiento en 2021, hemos podido recopilar una gran cantidad de conjuntos de datos que muestran el valor de los datos de polarización dual de actualización rápida”.
NSSL ya ha implementado el ATD con gran éxito en escenarios del mundo real, probando su capacidad para rastrear eventos climáticos severos. Los primeros resultados han sido extraordinarios y demuestran la capacidad del sistema para proporcionar datos más rápidos y detallados sobre la estructura y el desarrollo de las tormentas. En tan solo unos pocos años, el ATD ya ha recopilado más de 290 horas de datos, incluida la captura de 13 supercélulas tornádicas.
El laboratorio ha estado probando activamente los datos ATD recopilados en el banco de pruebas de condiciones climáticas peligrosas (HWT) de la NOAA , un espacio colaborativo donde investigadores y pronosticadores trabajan juntos para evaluar nuevas herramientas y tecnologías.
Las primeras pruebas han arrojado una respuesta abrumadoramente positiva, y los meteorólogos informan que los datos del radar de matriz en fase les dieron más confianza en su toma de decisiones y les permitieron emitir advertencias más precisas y rápidas sobre condiciones meteorológicas severas y tornados.
La integración de PAR en el HWT ha proporcionado información muy valiosa, y los investigadores han elogiado la capacidad del sistema para proporcionar datos de alta resolución y en tiempo real sobre tormentas que se desarrollan rápidamente. Los comentarios sobre estas pruebas han sido abrumadoramente positivos, y los meteorólogos han señalado que la mayor velocidad de escaneo y la recopilación de datos dirigida mejoran significativamente su capacidad para evaluar el comportamiento de las tormentas y emitir advertencias más precisas y oportunas. Las pruebas prácticas en el HWT serán cruciales para refinar la tecnología PAR y demostrar su potencial para revolucionar la predicción de condiciones meteorológicas extremas.
“Los participantes realmente se sintieron atraídos por los rápidos tiempos de actualización que pueden proporcionar los radares de matriz en fase”, dijo Charles Kuster, meteorólogo investigador del NSSL. “Mucha gente dijo algo como: ‘Veo que esto evoluciona casi en tiempo real y no tengo que completar nada en mi modelo conceptual. Simplemente está ahí. Puedo verlo’. Y creo que eso es lo que aumentó su confianza en las advertencias que estaban emitiendo”.
“Me sorprendió lo rápido y mejor que era el movimiento de la tormenta, porque se obtienen esos escaneos de bajo nivel con mayor frecuencia”, dijo Ryan Bunker, meteorólogo de la Oficina de Pronóstico del Tiempo de Norman del NWS. “Definitivamente fue una gran ventaja, no solo por la ubicación de las advertencias, sino también por el tiempo de anticipación en general. El uso de datos PAR definitivamente puede brindarle confianza para emitir advertencias más rápidamente y extender ese tiempo de anticipación para proteger la vida y la propiedad”.
En última instancia, es esa mejora en la precisión de las advertencias y en los plazos de entrega lo que hace que el PAR sea una inversión que vale la pena para los contribuyentes y la sociedad en general.
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