Tomado de: https://news.ucar.edu/132999/instrumentation-dream-team
Un águila calva posada en un poste de teléfono supervisa una variedad de instrumentos atmosféricos esparcidos por el laboratorio al aire libre conocido como Marshall Field Site, ubicado en las afueras de Boulder, Colorado. Las torres de flujo de metal se elevan hacia el cielo. Los cables que las anclan al suelo se tensan contra el viento, lo que permite que la torre se mantenga firme y recopile información sobre el viento y los gases de efecto invernadero.
Los sensores enterrados conectados a trípodes monitorean la humedad del suelo y la cantidad de calor del sol que se absorbe en el suelo. En el espacio entre las torres y los sensores terrestres, varios instrumentos lidar utilizan rayos láser para perfilar el viento, el vapor de agua y la temperatura. Un gran radar meteorológico Doppler llamado S-Pol escanea la atmósfera, girando de un lado a otro, deteniéndose antes de completar una rotación de 360° para proporcionar una porción del espacio aéreo para que una bandada de drones meteorológicos vuelen sin restricciones.
Muchos de estos instrumentos forman parte de una demostración de prototipos realizada por científicos del Centro Nacional de Investigación Atmosférica de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF NCAR) para una red de sensores propuesta llamada Sistema de Observación de la Troposfera Inferior (LOTOS) . LOTOS (que se pronuncia como la flor de loto) tiene como objetivo mejorar las observaciones de la troposfera, la región más baja de la atmósfera de la Tierra, mediante el muestreo simultáneo de la atmósfera horizontal y vertical.
“La troposfera es la parte más importante de la atmósfera porque es donde vivimos todos”, dijo Tammy Weckwerth, científica del NSF NCAR. “No hay un solo instrumento o incluso unos pocos instrumentos que sean capaces de darnos todas las mediciones que realmente van a ser útiles para ayudarnos a comprender mejor los procesos atmosféricos y hacer pronósticos. La red LOTOS permitirá nuevos estudios y descubrimientos”.
Dado que ningún instrumento puede recopilar por sí solo todas las mediciones atmosféricas que necesitan los científicos, los equipos de investigación actualmente combinan observaciones a partir de la gran cantidad de instrumentos que encuentran para intentar reconstruir el estado actual de la atmósfera. Esto puede incluir lanzamientos de globos desde un lugar y observaciones de radar desde otro, junto con observaciones de aviones de pasajeros y estaciones meteorológicas de aeropuertos en tierra.
LOTOS no reemplazaría estos medios de recopilación de datos, pero proporcionaría una forma más unificada y coordinada de utilizar múltiples instrumentos en una ubicación para brindar a los científicos una nueva herramienta detallada para comprender la atmósfera.
Los científicos del NSF NCAR prevén que LOTOS estará compuesto por hasta cinco conjuntos de instrumentos, o nodos, que pueden distribuirse en un sitio de campo. Cada nodo estará compuesto por sensores remotos que analizan el viento, la temperatura, la humedad, las nubes y los aerosoles desde la superficie de la Tierra hasta 6 km (3,7 millas) hacia la atmósfera. Para llenar los vacíos de observación entre los nodos, los datos se integrarán distribuyendo las mediciones de energía, gases traza y flujo en el sitio de campo. El sistema portátil y desplegable permitirá a la comunidad científica abordar una amplia gama de preguntas de investigación sobre nuestro clima.
La genialidad de LOTOS es que los instrumentos se complementan entre sí. Cada instrumento tiene sus puntos fuertes y débiles, y al combinar los puntos fuertes de cada uno, los datos son más útiles que las observaciones individuales por separado.
“Cada instrumento tiene características diferentes y realmente se necesita uno de cada uno para obtener una imagen continua y completa de lo que está sucediendo”, dijo Bill Brown, científico del NCAR de la NSF. “Por ejemplo, si hay demasiada lluvia, nubes o niebla, los lidars no pueden ver a través de ellos, por lo que se necesitan radares”.
Combinar los mejores datos de estos diferentes instrumentos en un formato unificado será todo un desafío, pero el resultado final será de gran beneficio para la comunidad de investigación en general. El equipo de LOTOS está experimentando actualmente con diferentes técnicas de asimilación de datos en busca de la forma más inteligente de combinarlos.
“Sería fantástico si NSF NCAR pudiera ofrecer este conjunto personalizable de instrumentos que proporcionen uniformidad en la instrumentación, uniformidad en los formatos de datos y uniformidad en la calidad de los datos para la comunidad de investigación”, afirmó Weckwerth. “Es una gran tarea y probablemente requerirá asociaciones con otros laboratorios de NSF NCAR, universidades, organizaciones gubernamentales y empresas privadas para lograrlo, pero estamos muy entusiasmados con el potencial de LOTOS y el entusiasmo de la comunidad de investigación sobre este concepto”.
Un posible caso de uso de LOTOS es mejorar la previsión meteorológica de alto impacto para eventos como tormentas eléctricas, vientos fuertes, lluvias intensas, granizo, inundaciones y tormentas invernales. Si bien los modelos de predicción meteorológica han avanzado drásticamente en las últimas dos décadas, la previsión meteorológica de alto impacto ha mostrado una mejora relativamente lenta durante el mismo período. Una de las razones es la falta de observaciones detalladas del transporte de calor y energía en la troposfera, así como una imagen poco clara de cómo se organiza la humedad verticalmente. Tener más información sobre esos procesos desde diferentes nodos desplegados estratégicamente podría conducir a una mejor modelización y previsión del clima extremo.
LOTOS también puede ayudar a los investigadores a representar mejor las variaciones en el mundo físico. Los modelos meteorológicos funcionan en un sistema de cuadrícula, como si se extendiera una gran hoja de papel cuadriculado sobre una región o incluso sobre toda la Tierra. En el caso de los modelos de predicción meteorológica adecuados para pronosticar tormentas y otros eventos de alto impacto, el espaciado de la cuadrícula suele ser de entre 1 y 4 kilómetros, mientras que el espaciado de la cuadrícula para los modelos de predicción global suele ser incluso mayor, de entre 10 y 20 kilómetros. LOTOS se puede utilizar para determinar los rangos en las observaciones atmosféricas a diferentes escalas que se necesitan para mejorar los modelos de predicción meteorológica.
Incluso con modelos de alta resolución con un espaciado de cuadrícula de 1 kilómetro (aproximadamente media milla), los modelos utilizan solo un conjunto de observaciones de superficie para representar una caja completa, lo que puede afectar la precisión de su salida. Debido a que los modelos crean un área homogénea en función de un punto de datos, un modelo puede pensar que un área cubierta de nieve refleja menos luz solar, cuando en realidad la observación se tomó en una ubicación de valle accesible donde la nieve se había derretido. O puede pensar que el área estaba cubierta de plantas exuberantes, cuando el punto de datos se tomó cerca del único grupo de arbustos. Suponer que todo es idéntico puede complicar simulaciones de modelado meteorológico aparentemente simples, ya que no tiene en cuenta cómo las condiciones como la humedad del suelo o la absorción de energía diferirán en un área.
“Los modeladores a veces piensan que las observaciones que definen un punto de la cuadrícula del modelo son perfectas, pero en realidad pueden serlo solo para un área muy específica”, dijo Sebastian Hoch, científico del NCAR de la NSF. “Las observaciones detalladas del mundo real de LOTOS ayudarán a los modeladores a evaluar el papel que desempeña la diversidad de terrenos y a seleccionar condiciones de superficie representativas para mejorar el modelado meteorológico y, en última instancia, producir pronósticos más precisos”.
De junio a agosto del año 2000 tuve la oportunidad de estar como científico visitante en NCAR, si el amable lector lo desea puede leerse mis otros posts sobre esta visita, incluyendo mi interacción con Tammy Werckweth y sobre el moderno radar de investigación S-POL (Doppler y Polarimétrico) con lo más avanzado de la técnica de radar en el mundo.
Deja una respuesta