Radares Mirando al Sur

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  • El clasificador polarimétrico que ve nieve en el Caribe

    El clasificador polarimétrico que ve nieve en el Caribe

    Un post sobre clasificación de hidrometeoros en los radares polarimétricos, sesgo regional y la geografía invisible de los algoritmos. English version here.

    Los clasificadores de hidrometeoros (HCA/HID) que operan en radares polarimétricos comerciales son, en su gran mayoría, implementaciones de lógica difusa construidas a partir de campañas de observación, simulaciones electromagnéticas y conocimiento microfísico generado en latitudes medias. Cuando estos clasificadores se despliegan en regiones tropicales —como el Caribe o el norte de Sudamérica—, sus funciones de membresía y umbrales de decisión dejan de representar la física local. Este artículo examina el caso de dos fabricantes (EEC y Vaisala), dos países (Jamaica y Colombia), y argumenta que el sesgo no es un defecto de calibración sino una consecuencia estructural de importar modelos regionales disfrazados de productos universales. Se propone un marco de validación local y se explora su aplicación a la detección de microburst.


    1. Introducción: una queja que no era técnica

    Una colega de la Aerocivil de Colombia manejaba datos de un radar Doppler y Polarimétrico. Hace unos años nos vimos y me comentó una queja que no era técnica, sino casi existencial: el clasificador de hidrometeoros de su radar marcaba nieve en zonas cálidas del país. Zonas donde la isoterma de 0 °C está a 4.800 metros y donde a nivel del suelo nunca ha nevado. Los pilotos reportaban lluvia. El clasificador insistía en nieve.

    Ella sabía que el radar estaba bien calibrado. ZDR ajustado, PhiDP sin offset, RhoHV coherente. Y sin embargo, el producto estrella —el que dice qué tipo de partícula cae del cielo— mentía.

    Esa queja es el origen de este artículo. Porque el problema no era un bug. Era algo más profundo y más incómodo: el clasificador no conocía Colombia. Y lo mismo podría decirse de Jamaica. O de Puerto Rico. O de cualquier lugar donde un radar polarimétrico mire un cielo para el que su algoritmo no fue diseñado.


    2. Calibrar no es clasificar

    Conviene separar dos cosas que a menudo se confunden.

    Calibrar un radar polarimétrico es asegurar que lo que mide corresponde a lo que hay. Que Zh no tiene sesgo, que ZDR está centrado, que PhiDP no tiene offset, que RhoHV refleja coherencia real. Es un problema de instrumentación. Difícil, pero acotado.

    Clasificar hidrometeoros es otra cosa. Es tomar esas variables ya calibradas y decidir, mediante un modelo, si lo que estás viendo es lluvia ligera, lluvia intensa, gotas grandes, granizo, graupel, nieve seca, nieve húmeda, cristales de hielo, biota o clutter. Es un problema de inferencia.

    El clasificador más común en radares operativos —tanto en EEC como en Vaisala, como veremos— usa lógica difusa. Se definen funciones de pertenencia para cada variable polarimétrica, se construyen reglas de inferencia del tipo «si Zh es alta y ZDR es bajo y RhoHV es alto, entonces probablemente granizo», y se combinan para obtener un grado de pertenencia a cada clase.

    El problema es que esas funciones y esas reglas no salen del aire. Se construyen, se ajustan, se validan con campañas de observación, simulaciones electromagnéticas y mediciones in situ hechas en algún lugar concreto. Y ahí está el detalle: ese «algún lugar» casi nunca es el trópico.


    3. Dos primos hermanos: EEC y Vaisala

    Aquí es donde la historia se pone interesante. Porque uno podría pensar que el problema es de un fabricante. No lo es. Es de una filosofía compartida.

    3.1 EEC y el linaje NOAA/NSSL

    Jamaica opera un EEC Defender, banda S, antena de 8.5 metros. EEC —Enterprise Electronics Corporation— tiene su sede en Enterprise, Alabama. No es coincidencia poética: es literal. El radar que mira el Caribe desde Jamaica fue fabricado en una ciudad del sur de Estados Unidos.

    Todo indica que EEC incorporó en sus radares la línea de clasificación desarrollada por el grupo de Alexander V. Ryzhkov y Dusan S. Zrnić en NOAA/NSSL, basada en lógica difusa. El propio material técnico de EEC apunta a que integraron los algoritmos de clasificación de hidrometeoros desarrollados para la plataforma WSR-88D —la red NEXRAD estadounidense— (Ryzhkov & Zrnić, 2019).

    Ese clasificador usa principalmente:

    • Zh (reflectividad horizontal)
    • ZDR (reflectividad diferencial)
    • RhoHV (coeficiente de correlación)
    • KDP (fase diferencial específica)
    • Información de temperatura
    • Detección de la capa de fusión (melting layer)

    Y clasifica aproximadamente entre diez categorías: lluvia, lluvia intensa, gotas grandes, granizo pequeño, granizo grande, graupel, nieve seca, nieve húmeda, cristales de hielo y ecos biológicos/no meteorológicos.

    Las membership functions de ese clasificador se construyeron a partir de campañas de observación polarimétrica en Oklahoma, Alabama y otras regiones de latitudes medias continentales; simulaciones electromagnéticas T-Matrix; mediciones in situ; y conocimiento microfísico experto. Es decir: física rigurosa, pero física de latitudes medias continentales.

    3.2 Vaisala y su HydroClass

    Colombia opera radares Vaisala, principalmente WRM200 en banda C. Vaisala incorpora un módulo llamado HydroClass™, y declara explícitamente que utiliza «a proven fuzzy logic algorithm» para clasificar objetivos meteorológicos y no meteorológicos (Vaisala, 2021).

    Las clases que identifica son:

    • Rain
    • Hail
    • Graupel
    • Snow
    • Wet snow
    • Non-meteorological targets (insectos, aves, clutter marino, aerogeneradores, chaff militar, interferencia)

    Y las variables que alimentan el clasificador son:

    • ZDR
    • RhoHV
    • PhiDP
    • KDP
    • LDR (cuando opera en ese modo)

    3.3 El punto clave: una filosofía compartida

    Fíjate en algo. Ninguno de los dos entrena con datos históricos masivos. Ninguno usa aprendizaje automático moderno. Ambos siguen la misma receta:

    1. Simulación física de hidrometeoros (T-Matrix)
    2. Construcción de regiones características en el espacio polarimétrico
    3. Clasificación mediante lógica difusa
    4. Corrección usando temperatura ambiental

    Son primos hermanos. Comparten física, comparten método, comparten limitaciones. Y comparten el mismo problema cuando aterrizan en el trópico: ninguno de los dos fue construido pensando en la isoterma de 0 °C a 5 km.

    Eso significa que el sesgo no viene de «malos datos de entrenamiento». Viene de algo más profundo: las campañas, las mediciones y el conocimiento experto son de un lugar. El T-Matrix simula partículas, pero las partículas que simula son las que alguien decidió simular. Las campañas se hicieron en Oklahoma, en Darwin, en Helsinki. El conocimiento experto es experto en algo.

    El clasificador no está «mal entrenado». Está entrenado para otro sitio. Y eso es más difícil de arreglar que reentrenar con datos.


    4. La física tropical no es la de latitudes medias

    Aquí hay un matiz importante que mi lector debe tener en cuenta: el síntoma cambia según la banda de trabajo que use el radar, pero la enfermedad es la misma.

    4.1 El caso de Jamaica (banda S)

    La banda S tiene una ventaja enorme: la atenuación por lluvia es mucho menor que en banda C o X. Eso significa que el problema no es la atenuación. El problema es otro.

    La isoterma de 0 °C está a 5 km. En latitudes medias está a 2–3 km. Un radar jamaiquino puede estar muestreando hielo a 4 km de altura —hielo que se funde antes de llegar al suelo—. El clasificador ve hielo y dice «nieve». El piloto reporta lluvia. Ambos tienen razón; el HID no distingue entre «hay hielo en el volumen de muestreo» y «cae nieve en superficie».

    La micro física cálida domina. Zipser et al. (2006) documentaron por qué las convecciones tropicales marítimas —como las del Caribe— exhiben firmas de micro física cálida: coalescencia eficiente, alto contenido de agua líquida, gotas de tamaño pequeño a mediano que rara vez alcanzan el punto de congelación en niveles bajos. A diferencia de las tormentas continentales de latitudes medias, donde las corrientes ascendentes generan grandes estructuras de hielo, aquí la lluvia se produce sin necesidad de una fase hielo extensa.

    Eso se traduce en reflectividades moderadas con KDP alto. Y las fronteras tradicionales del clasificador fallan: asocian esos niveles de reflectividad con mezclas de hielo, cuando en realidad es lluvia cálida eficiente.

    Figura 1. Rangos típicos de ZDR por clase de hidrometeoro para Jamaica (18°N, marítimo tropical). Adaptado del esquema de Fabry (2015). Cada barra horizontal representa el intervalo de valores de ZDR asociado a una categoría, coloreado según una escala cromática continua. Los rangos se solapan deliberadamente para reflejar la ambigüedad inherente a la clasificación polarimétrica; la asignación de clase es probabilística, no determinista. Nótese la ausencia de una región operativa de «nieve seca» en superficie —la barra de Snow corresponde exclusivamente a hielo aloft que se funde antes de alcanzar el suelo— y el rango inusualmente amplio de Rain, consecuencia de la micro física cálida tropical. Los dos recuadros punteados señalan las confusiones más frecuentes del clasificador importado: la categoría Snow, que en Jamaica corresponde a graupel en altura y no a nieve en superficie, y la categoría Biological targets, que el HCA etiqueta erróneamente como «nieve húmeda» cuando en realidad es biota. La línea vertical discontinua en ZDR = 0 marca la frontera entre partículas esféricas y obladas, no una temperatura; la isoterma de 0 °C, que en Jamaica se sitúa alrededor de los 5 km de altitud, debe consultarse por separado mediante sondeos o perfiles verticales.

    La ambigüedad entre gotas grandes y granizo derretido. En banda S el efecto Mie es menor que en banda C, pero no desaparece. Gotas de gran tamaño y granizo en fusión pueden ocupar regiones vecinas del espacio polarimétrico. El clasificador NSSL/Ryzhkov, afinado con micro física continental, tiende a inclinarse por el hielo.

    La biota es un problema todo el año. Capa límite marina cálida, insectos, aves. ZDR alto con RhoHV bajo. El clasificador dice «nieve húmeda». No es nieve: es vida.


    4.2 El caso de Colombia (banda C)

    Aquí se suma otro problema: la atenuación diferencial severa.

    En banda C, las tormentas tropicales intensas absorben y dispersan la energía de forma asimétrica entre los canales H y V. Si no se aplica una corrección rigurosa basada en KDP, la Zh y la ZDR caen artificialmente detrás del núcleo convectivo. Y ahí el clasificador enloquece: cataloga lluvia intensa como nieve seca, granizo derretido o atenuación total (Bringi & Chandrasekar, 2001; Vaisala, 2021).

    4.3 La lección

    Mismo clasificador, mismos supuestos, mismo sesgo. Pero:

    • En Jamaica (S-band), el problema es la isoterma alta y la micro física cálida.
    • En Colombia (C-band), se suma la atenuación diferencial.

    Misma enfermedad, síntomas distintos.


    5. El caso colombiano: dos fabricantes, un mismo reto

    Colombia ofrece un caso de estudio particularmente rico, porque en su territorio coexisten al menos dos fabricantes con filosofías de clasificación distintas, operando ambos en banda C y ambos en régimen tropical.

    5.1 SIATA (Medellín): EEC en banda C, adaptado localmente

    El Sistema de Alerta Temprana de Medellín y el Valle de Aburrá opera un radar polarimétrico EEC en banda C —el mismo fabricante que provee el radar de Jamaica— en topografía compleja y convección tropical andina. Esto significa que enfrenta dos problemas simultáneos: la micro física cálida tropical (isoterma alta, gotas grandes, graupel aloft) y la atenuación diferencial severa propia de la banda C.

    El equipo de SIATA ha desarrollado modelos locales de clasificación adaptando la lógica difusa tradicional, con corrección de atenuación basada en KDP antes de alimentar el vector de membresía (SIATA, 2020; Hoyos et al., 2016). La validación combina la red densa de disdrómetros Parsivel con sensores de descarga eléctrica y radares perfiladores.

    El caso SIATA es valioso por dos razones. Primero, porque demuestra que se puede hacer bien en banda C tropical, con los instrumentos adecuados. Segundo, porque es el mismo fabricante que Jamaica, lo que permite una comparación directa: ambos son EEC, ambos usan derivados del HCA NSSL, pero SIATA ha sido adaptado localmente mientras que no hay evidencia pública de que Jamaica haya hecho lo mismo.

    5.2 Aerocivil (Colombia): Vaisala en banda C

    La Aerocivil opera radares Vaisala WRM200 en banda C. Es el caso que origina este artículo: el clasificador HydroClass de Vaisala reportando nieve en zonas cálidas donde los pilotos reportan lluvia. Un clasificador finlandés, aplicado a un cielo colombiano.

    5.3 La pregunta que surge sola

    Si SIATA (EEC, C-band) ha sido adaptado localmente y la Aerocivil (Vaisala, C-band) reporta el síntoma clásico de sesgo regional, entonces la pregunta no es «¿qué fabricante es mejor?». La pregunta es: ¿cuántos radares en el trópico están operando con clasificadores que nunca fueron validados localmente?


    6. No es una anécdota. Es un patrón documentado

    Lo que mi colega vio en Colombia no es una rareza. Está documentado en toda la región y más allá.

    Puerto Rico (NEXRAD TJUA, S-band). Investigaciones de la Universidad de Puerto Rico en Mayagüez y colaboradores han analizado la respuesta del HCA oficial de la NOAA durante huracanes y ciclones tropicales. Hallazgo clave: en sistemas tropicales puros dominados por micro física cálida, el clasificador etiqueta erróneamente zonas de lluvia torrencial con Zh moderado y KDP alto como «mezcla de lluvia y granizo». Se han propuesto ajustes para elevar los umbrales de ZDR y KDP en la detección de lluvia muy fuerte.

    Guadalupe y Martinica (Météo-France, banda C). Campañas de validación cruzada con TRMM y GPM han permitido calibrar la altura de la capa de fusión —4.5 a 5.0 km en el Caribe— y ajustar las funciones de membresía para evitar la falsa clasificación de «nieve húmeda» en capas medias.

    Colombia (SIATA, banda C). El caso ya descrito. Modelos locales de clasificación adaptando lógica difusa, con validación multi-instrumento (SIATA, 2020; Hoyos et al., 2016).

    Colombia (Universidad Distrital, banda C). El libro de Camargo-Camargo, Cadena-Contreras & Alejo-Zabala (2022) documenta cómo los modelos predeterminados de fábrica en radares comerciales, diseñados para latitudes medias, sobreestiman la presencia de hielo y cometen errores en la zona de fusión. La tesis de Señalin (2021) desarrolla un modelo de clasificación específicamente adaptado a las dinámicas microfísicas cálidas de latitudes bajas.

    India (CAIPEEX / IITM). La campaña CAIPEEX del Indian Institute of Tropical Meteorology usó radares de doble polarización en bandas X y C combinados con redes de disdrómetros ópticos Parsivel y 2DVD, más instrumental a bordo de aviones. Evaluaron las funciones de membresía de lógica difusa ajustadas a la distribución del tamaño de gotas monzónicas versus las matrices estándar S-band fijadas para latitudes medias.

    Australia (Darwin, C-POL). Thompson et al. desarrollaron un HCA de 10 categorías en banda C optimizado para entornos tropicales. Su motivación explícita fue la ambigüedad electromagnética entre gotas grandes/granizo derretido y nieve húmeda provocada por efectos de Mie en banda C —exactamente el tipo de confusión que un clasificador de latitudes medias no resuelve—.

    El patrón es claro: en todos lados donde se ha validado un clasificador importado en el trópico, se ha encontrado el mismo sesgo. No es un problema de un radar mal calibrado. Es un problema estructural.


    7. Cómo se hace bien: la receta

    Si el problema es estructural, la solución también lo es. No se trata de tirar el clasificador. Se trata de domesticarlo.

    7.1 Validación in situ multi-instrumento

    El esquema más sólido, implementado de forma pionera por SIATA en Colombia, combina tres componentes:

    1. Radar polarimétrico: cobertura espacial continua, variables clave (Zh, ZDR, RhoHV, PhiDP).
    2. Red de disdrómetros ópticos (Parsivel, 2DVD): mide directamente la distribución del tamaño de gota (DSD) y la velocidad de caída en superficie. Valida los supuestos microfísicos del radar.
    3. Sondeos de altura: determinan la estructura térmica de la atmósfera y la altura de la isoterma de 0 °C. Dato crucial para restringir los modelos de clasificación.

    7.2 Corrección de atenuación con KDP

    En banda C y X, la corrección de atenuación diferencial basada en KDP es obligatoria antes de alimentar el vector de membresía del clasificador. Sin ella, las falsas clasificaciones aguas abajo del núcleo convectivo son inevitables. Esto aplica tanto a los radares Vaisala WRM200 de Colombia como al SIATA de Medellín, ambos en banda C.

    7.3 Reajuste de funciones de membresía con DSD locales

    Los trabajos de la UNAM en Yucatán, de la Universidad Distrital en Colombia y de CAIPEEX en India coinciden: hay que construir las funciones de membresía beta del HCA con datos de dispersión electromagnética (T-Matrix) alimentados con DSD locales. No con las matrices estándar de NEXRAD o de Europa.

    7.4 Introducir temperatura y altura como variables de contexto

    El clasificador debería saber a qué altura está midiendo. Un píxel a 5 km en Jamaica no es lo mismo que un píxel a 5 km en Finlandia. Si el HID no incorpora la altura de la isoterma de 0 °C, está condenado a equivocarse.

    7.5 Validación cruzada con sensores remotos espaciales

    El cruce de la clasificación tridimensional del radar terrestre con la clasificación del GPM DPR o del TRMM PR permite confirmar la estructura vertical de la capa de fusión y los núcleos de graupel sobre mar y tierra en los trópicos (Dolan & Rutledge, 2009, 2011).

    7.6 Transparencia y banderas de calidad

    Un buen HID operativo debería indicar incertidumbre por clase, incluir una etiqueta de «clase desconocida» o «baja confianza», no forzar una clasificación cuando las variables no son concluyentes, y documentar para qué región fue entrenado y cuáles son sus limitaciones.


    8. Más allá del HID: la oportunidad del microburst

    Y aquí es donde el artículo deja de ser una crítica y se convierte en una propuesta.

    Porque el clasificador de hidrometeoros no es el producto final. Es un insumo. Y para ciertas aplicaciones —detección de microburst, nowcasting de convección severa, alerta temprana— el HID tradicional se queda corto, no porque esté mal, sino porque no fue diseñado para eso.

    Para detección de microburst, el valor real está en combinar:

    • Hidrometeoro predominante (salida del HID)
    • Columna de ZDR (firma de corriente ascendente con gotas grandes)
    • Columna de KDP (contenido de agua líquida)
    • Divergencia Doppler (firma de viento en superficie)
    • Descenso de reflectividad máxima (firma de downburst)
    • Altura de la región de graupel y granizo (mecanismo de carga)
    • Perfil termodinámico (estabilidad, CAPE, nivel de condensación)

    Los HID tradicionales no están diseñados para esto. Están diseñados para decir «esto es lluvia» o «esto es granizo». Pero un sistema moderno de nowcasting de microburst podría usar las salidas del HID como una variable más dentro de un esquema más amplio.

    Ahí hay una oportunidad concreta. Con un radar polarimétrico en banda S como el de Jamaica —antena de 8.5 m, haz estrecho, buena resolución—, se puede desarrollar un clasificador de riesgo de microburst que:

    1. Use el HID (o HydroClass, o NSSL-HCA) como insumo, no como producto final.
    2. Incorpore las columnas de ZDR y KDP como detectores de updraft.
    3. Combine con divergencia Doppler en niveles bajos.
    4. Restrinja con perfil termodinámico local (isoterma 0 °C a 5 km, CAPE, etc.).
    5. Se valide con reportes de superficie y con la red LLWAS si existe.

    Eso sería más moderno que los HCA tradicionales. Y sería una contribución real, no solo una queja.


    9. Conclusiones

    Calibrar (de modo instrumental) ZDR y PhiDP es imprescindible. Pero no basta. El HID es un modelo regional disfrazado de producto universal. Y en regiones tropicales, andinas, o simplemente distintas, ese disfraz se cae.

    La anécdota de mi colega en la Aerocivil no es una rareza. Es un síntoma. Es lo que pasa cuando importamos tecnología sin importar el contexto. Cuando creemos que un algoritmo entrenado en Helsinki o en Enterprise, Alabama, puede decirnos qué cae del cielo en el Magdalena Medio. No crea mi lector que un fabricante de radares puede desarrollar costosos experimentos de campo en el país donde va a instalar el radar. Ellos toman los resultados publicados por universidades y centros de investigación que hacen estos estudios … válidos solo para los lugares donde hacen esos estudios.

    La solución no es tirar el clasificador. Es domesticarlo: validarlo con disdrómetros, reajustar sus funciones de membresía con DSD locales, introducir la temperatura y la altura del haz como contexto, corregir la atenuación con KDP, y sobre todo, saber cuándo no creerle.

    Y luego dar el paso siguiente: usar el HID como lo que es —un insumo— y construir encima sistemas que respondan preguntas más útiles: ¿va a haber un microburst? ¿va a granizar? ¿va a llover tan fuerte que se inunde el valle?

    Porque al final, el HID no es una verdad. Es una opinión entrenada. Y como toda opinión, hay que saber de dónde viene.


    Referencias

    Bringi, V. N., & Chandrasekar, V. (2001). Polarimetric Doppler Weather Radar: Principles and Applications. Cambridge University Press.

    Camargo-Camargo, J. E., Cadena-Contreras, L. A., & Alejo-Zabala, G. (2022). Estudio de hidrometeoros basado en información de variables polarimétricas de radares meteorológicos para Colombia. Editorial Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

    Dolan, B., & Rutledge, S. A. (2009). A theory-based hydrometeor identification algorithm for X-band polarimetric radars. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 26(10), 2071–2088.

    Dolan, B., & Rutledge, S. A. (2011). A theory-based hydrometeor identification algorithm for X-band polarimetric radars. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 28(5), 621–637.

    Doviak, R. J., & Zrnić, D. S. (1993). Doppler Radar and Weather Observations (2nd ed.). Academic Press.

    Hoyos, C. D., Ceballos, L. I., Pérez, J. S., & Sepúlveda, J. I. (2016). The hydrometeorological monitoring network of the Aburrá Valley (SIATA): An integrated approach for early warning systems. Proceedings of the American Meteorological Society.

    Michaelides, S. (Ed.). (2019). Precipitation Science: Measurement, Remote Sensing, Research and Applications. Elsevier.

    Ryzhkov, A. V., & Zrnić, D. S. (2019). Radar Polarimetry for Weather Observations. Springer.

    Señalin, M. A. (2021). Modelo de clasificación de hidrometeoros para zonas ecuatoriales. Repositorio de la Biblioteca Digital de Bogotá.

    SIATA. (2020). Radares meteorológicos: Equipamiento, procesamiento de señales y variables polarimétricas. Documentación técnica del proyecto, Área Metropolitana del Valle de Aburrá.

    Thompson, E. J., Rutledge, S. A., Dolan, B., Chandrasekar, V., & Cheong, B. L. (2014). A dual-polarization radar hydrometeor identification algorithm for X-band. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 31(12), 2611–2627.

    Thompson, E. J., et al. A Robust C-Band Hydrometeor Identification Algorithm and Its Application to Long-Term C-POL Observations in Darwin, Australia. Journal of Applied Meteorology and Climatology.

    Vaisala. (2021). Corrección de atenuación de radares meteorológicos banda-C. Nota de aplicación técnica, Vaisala Oyj.

    Zipser, E. J., Cecil, D. J., Liu, C., Nesbitt, S. W., & Yorty, D. P. (2006). Where are the most intense thunderstorms on Earth? Bulletin of the American Meteorological Society, 87(8), 1057–1072.


    Nota del autor

    Este artículo es una revisión divulgativa basada en literatura publicada, documentación técnica de fabricantes y observaciones de campo en Colombia y el Caribe. Las afirmaciones sobre el clasificador de EEC y su linaje NSSL se basan en documentación técnica pública y en inferencias razonables, no en comunicaciones oficiales del fabricante. Se invita a cualquier lector con información de primera mano a contribuir a la discusión.

  • Uncalibrated Weather Radars: Are We Measuring Blind?

    Uncalibrated Weather Radars: Are We Measuring Blind?

    Discover why calibrating weather radars (WMO-No. 1257) is essential to move from qualitative images to real quantitative data in storm monitoring and precipitation estimation. Sharing uncalibrated radar data is like counting guavas and apples as if they were one and the same set. Versión en español aquí.

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  • ¿Dónde ubicar un radar meteorológico para el servicio meteorológico general?

    ¿Dónde ubicar un radar meteorológico para el servicio meteorológico general?

    Si en el artículo anterior abordé la ubicación de un radar para dar servicio a un aeropuerto, ahora quiero ampliar el rango y hablar de la ubicación de un radar meteorológico para el servicio meteorológico en general. La diferencia fundamental es que, mientras en el caso aeroportuario el objetivo es detectar fenómenos peligrosos en el despegue y aterrizaje —cizalladuras, microavalanchas, frentes de racha—, en el servicio meteorológico general el objetivo es la vigilancia continua de la atmósfera sobre un territorio amplio: precipitación, tormentas severas, ciclones tropicales, granizo, y en general todos los fenómenos que afectan a la población y a la economía.

    He estado involucrado en la ubicación y el montaje de varios radares a lo largo de mi vida. Y si algo he aprendido, es que el orden de los factores sí altera el producto. En mi experiencia, uno debe comenzar por los lugares logísticamente accesibles. Empezar buscando ubicaciones en picos muy elevados con vistas panorámicas es por gusto si luego son lugares donde la logística —viales, comunicaciones redundantes, energía eléctrica— resultaría prohibitivamente costosa o imposible de sostener. Una vez con lugares logísticamente plausibles, entonces sí se revisa la visibilidad con modelos DEM/LOS y se decide cómo complementar con otros radares y de qué tipo. Y sobre todo, la banda de trabajo, que es la que decide el precio.

    Permítanme compartirles lo que he recopilado sobre estos criterios, de manera análoga a lo que hice para el caso aeroportuario.

    La logística primero: el criterio que no se puede ignorar

    La Organización Meteorológica Mundial (OMM) lo dice con claridad en sus guías de mejores prácticas: la elección del sitio de un radar depende de la aplicación prevista, pero también está influenciada por muchos factores económicos y técnicos. Entre ellos, la existencia de caminos para llegar al radar, la disponibilidad de energía y enlaces de telecomunicaciones, el costo del terreno, la proximidad a una instalación de monitoreo y mantenimiento, y la existencia de la menor cantidad posible de obstáculos para el haz del radar .

    La experiencia práctica confirma esto. En un proyecto reciente en la región de Biobío, Chile, se utilizó la plataforma Model Builder de ArcGIS para obtener zonas candidatas para la instalación de un radar meteorológico a partir de parámetros como la elevación, el índice de posición topográfica, la distancia de visión promedio, la proximidad a caminos y tendido eléctrico . Es decir, la logística no es un añadido de última hora: es un criterio de primer orden en la selección del sitio.

    En un caso real en la provincia de Sichuan, China, los equipos de selección de sitio tuvieron que adentrarse en montañas donde la mayoría de los picos preseleccionados no tenían camino. Los técnicos iban abriendo paso con machetes entre la vegetación, registrando coordenadas y altitudes, y en cada cumbre evaluaban la posibilidad de acceso a comunicaciones y energía eléctrica. Como decía el responsable de la misión: «El radar es como un ‘ojo celestial’; la selección del sitio está directamente relacionada con la precisión y el alcance de los datos de monitoreo en los prócimos 15-20 años (o tal vez 50, como nuestros tres longevos radares RC-32B, léase el post Once upon a time…Japanese Radars, the beginning of a new era in Cuban Meteorology). No se puede ser descuidado en absoluto» .

    Esto me recuerda una experiencia propia. El «monstruo» Leonardo (Ichi) fue a hacer una reparación al radar meteorológico METEOR-50DX (del fabricante GEMATRONIK-SELEX), en los predios del aeropuerto de Pasto, Colombia, y para acceder al radar había que cruzar sobre la pista, por tanto, había que esperar que no hubiera tráfico de aviones sobre la misma. Un sitio puede tener una visibilidad impecable y, sin embargo, ser un infierno logístico. Miren el radar de Karún en medio de la selva venezolana, con una posición envidiable y una logística impraticable.

    En Cuba tenemos tres radares cuyo acceso puede ser crítico y ha tenido episodios épicos y memorables, ellos son Gran Piedra (en la provincia de Santiago de Cuba), Pico San Juan (en la provincia de Cienfuegos) y Punta del Este (en la Isla de la Juventud). Si gusta puede leer sobre las hazañas de nuestros técnicos de LADETEC para mantenerlos funcionando en lo que podría ser un récord Guinness: Cuando no hay mulos se arrea a lomo de hombres, Expedición a la Isla del Tesoro

    Los requerimientos de infraestructura que la OMM detalla incluyen torre, suministro de energía (principal y de respaldo), protección contra rayos y puesta a tierra, y comunicaciones y red. No es trivial. Un sitio en un pico remoto puede requerir una torre de decenas de metros, un sistema de energía solar o eólico con banco de baterías, un pararrayos diseñado con cuidado para no afectar el rendimiento de la antena, y un enlace VSAT para transmitir los datos. Todo eso multiplica el costo de operación y mantenimiento a lo largo de la vida útil del radar.

    El análisis de visibilidad con DEM/LOS: cuando ya hay candidatos logísticamente viables

    Una vez que se tienen sitios logísticamente plausibles —con acceso vial razonable, energía disponible o instalable, y comunicaciones viables—, entonces sí se procede al análisis de visibilidad. Aquí es donde entran los Modelos Digitales de Elevación (DEM) y los análisis de Línea de Visión (LOS).

    La OMM señala que, en el caso de una red de radares destinada principalmente a aplicaciones sinópticas, los radares en latitudes medias deben ubicarse a una distancia de aproximadamente 150 a 200 km entre sí. Si la red se utiliza para mediciones cuantitativas de precipitación, donde es primordial utilizar haces de radar a baja altura, esa distancia no debe exceder los 100 km . Pero estos números son solo puntos de partida: la visibilidad real del haz sobre el terreno es la que determina la cobertura efectiva.

    Para evaluar esa visibilidad, la herramienta fundamental es el análisis de bloqueo del haz mediante DEM. Existen herramientas desarrolladas por servicios meteorológicos nacionales, como la del Servicio Meteorológico Estatal de Turquía (TSMS), que utiliza un modelo digital de elevación de 30 m de resolución y librerías de código abierto (wradlib) para calcular el porcentaje de bloqueo del haz, el radio visible del haz, el porcentaje de haz visible, la altura mínima de visibilidad sobre el nivel medio del mar, y el ángulo visible mínimo para cada punto de la red . El proceso es iterativo: se van probando ángulos de elevación sucesivos hasta que al menos una parte del haz deja de estar bloqueada . También LADETEC dispone de su propia aplicación LAMULA™ DEM/LOS.

    En el caso de Chile, una vez obtenidos los candidatos logísticamente viables, se utilizó un código Python en ArcGIS que, a partir del modelo digital de elevación de la región y el punto de control, permite conocer la visión horizontal —el skyline— que tendría el radar en esa localización. El requisito es que esa visión no tenga obstrucciones topográficas para no generar zonas de sombra . Y una vez trazados los skylines, se estimó cuál sería la población directamente beneficiada. Descubrieron que un radar de banda C con un alcance de 120 km cubriría no solo la región del Biobío, sino también parte de Ñuble y La Araucanía, beneficiando a más de 2 millones de habitantes.

    La OMM advierte algo crucial: los sitios de radar en montañas altas son de poco beneficio para detectar precipitación cerca del suelo. Las mediciones con elevación negativa producen fuertes ecos de suelo, por lo que solo tienen sentido en casos excepcionales. En regiones montañosas, a menudo es imposible lograr un equilibrio entre un buen alcance de visibilidad y mediciones cerca del suelo. La solución que sugiere la OMM es el posicionamiento auxiliar de sistemas más pequeños en los grandes valles de montaña, que pueden desempeñar un papel suplementario valioso. En Cuba tenemos el caso del radar de Gran Piedra, un coloso que captura los huracanes al norte y al sur de Cuba mejor que los otros 7 radares.; pero no puede ver la precipitación en la ciudad de Santiago de Cuba a sus pies). Léase estos tres posts para que se comprenda el dilema del radar de La Gran Piedra (Al César, lo que es del César, ¿Puede el radar de Gran Piedra “ver” la lluvia sobre la ciudad de Santiago de Cuba?, Radares cubanos vs Huracán Irma).

    Esto conecta directamente con el siguiente punto.

    Complementación con otros radares: la red como sistema

    Ningún radar es una isla. La OMM lo dice sin rodeos: la selección de la tecnología del radar y el diseño de la red estarán influenciados por las oportunidades actuales y futuras de acceder a datos de otros radares. Las redes de radares meteorológicos son, en general, heterogéneas debido a diferencias de edad, proveedores, tecnologías (bandas S, C y X) y función.

    El espaciamiento entre radares es una restricción crítica. Un espaciamiento del orden de 150–200 km, como en Europa, frente a 250–400 km, como en Norteamérica, influye significativamente en la elección de la tecnología del radar. Si la aplicación requiere medición directa a bajas altitudes para un área limitada —por ejemplo, cizalladura del viento en un aeropuerto o en terreno complejo—, entonces solo se requiere un alcance corto (~40 km), lo que también influye en la elección de la tecnología.

    La tendencia moderna es hacia redes heterogéneas: radares de banda S para cobertura amplia y detección de precipitación intensa a larga distancia, radares de banda C como compromiso entre alcance y costo, y radares de banda X para relleno de huecos (gap-filling) y aplicaciones de corto alcance. Un estudio reciente mostró que aproximadamente una cuarta parte del beneficio potencial de relleno de huecos podría lograrse con solo 25 radares adicionales de «relleno». La clave está en que los radares de menor costo —banda X y banda C— operan con menor potencia y están disponibles en configuraciones significativamente más pequeñas, lo que los hace ideales para complementar la cobertura de una red de banda S.

    Pero la complementación no es solo cuestión de bandas. También es cuestión de ángulos de exploración. Un radar en un pico elevado puede tener un alcance excelente a altitudes medias y altas, pero un punto ciego cerca del suelo. Otro radar en un valle, con menor alcance pero mejor visibilidad de las capas bajas, puede complementar esa cobertura. La OMM sugiere que en regiones montañosas, el posicionamiento auxiliar de sistemas más pequeños en los grandes valles puede desempeñar un papel suplementario valioso .

    La banda de trabajo: el factor que decide el precio

    Llegamos al punto que, en mi experiencia, es el que con más frecuencia se subestima en la etapa de planificación: la elección de la banda de frecuencia. La OMM lo resume así: la elección de la banda de frecuencia resulta principalmente de un compromiso entre el alcance y la reflectividad, que varía como λ⁻⁴, la atenuación por lluvia, que disminuye al aumentar λ hasta volverse despreciable en longitudes de onda decimétricas, la precisión de los datos y el costo.

    Veamos las tres bandas principales para radares meteorológicos:

    Banda S (2700–2900 MHz, ~10 cm). Es la elección para detectar lluvia intensa a muy largas distancias, hasta 300 km, en climas tropicales y templados. La atenuación por lluvia es prácticamente despreciable, pero los sistemas son voluminosos y costosos, requieren transmisores más potentes para una sensibilidad comparable a la banda C, y demandan más espacio y más electricidad.

    Banda C (5600–5650 MHz, ~5.4 cm). Es generalmente preferida para uso en climas templados, ya que representa un compromiso relevante entre los parámetros anteriores. Permite detección de lluvia a largas distancias (hasta 200 km), aunque su cuantificación se limita en la práctica por encima de los 100 km. Ofrece la ventaja de un menor costo, tanto por menor potencia como por menor tamaño de antena en comparación con radares de menor frecuencia que tienen la misma resolución espacial. El costo de los radares de banda C es aproximadamente la mitad que el de los de banda S.

    Banda X (9300–9500 MHz, ~2.5–3.2 cm). Los radares de banda X son más sensibles y pueden detectar partículas más pequeñas, pero como experimentan una atenuación mucho mayor, se utilizan solo para observación meteorológica de muy corto alcance, aproximadamente 50 km. Son ideales para estudios de desarrollo de nubes, detección de precipitación ligera como nieve, y por su pequeño tamaño, como unidades móviles portátiles. Su costo es aproximadamente un tercio del de un radar de banda S.

    La ecuación fundamental que relaciona alcance y velocidad en un radar Doppler es: Rmax · Vmax = c · λ / 8, donde Rmax es el alcance no ambiguo máximo, Vmax es la velocidad no ambigua máxima, c es la velocidad de la luz y λ es la longitud de onda. Esto significa que una reducción en la longitud de onda requiere una reducción en el alcance efectivo, en la capacidad de medición de velocidad efectiva, o una combinación de ambas.

    En la práctica, la tendencia moderna es hacia redes híbridas: una columna vertebral de radares de banda S o C para cobertura amplia, complementada con radares de banda X (de mucho menor costo) para relleno de huecos, aplicaciones de corto alcance y mediciones de alta resolución en áreas críticas. En Cuba tenemos ocho radares, de los cuales tres son Doppler (desarrollo propio con un largo historial La Epopeya del Doppler Cubano: una historia en 13 capítulos), y el país entero está cubierto por una red que explora la troposfera cada 10 minutos. Yo nunca diría»¿qué banda es la mejor?» sino «¿qué combinación de bandas y qué espaciamiento satisfacen las necesidades de mi servicio meteorológico con el presupuesto disponible?» (¿Qué banda usar en los radares?)

    Un orden de prioridades

    Resumiendo, el proceso que recomiendo es el siguiente:

    Primero, la logística. Identificar sitios con acceso vial razonable, disponibilidad o posibilidad de instalar energía eléctrica confiable (con respaldo), y opciones de comunicación redundante. Sin esto, cualquier otra consideración es académica. La OMM incluye la existencia de caminos, la disponibilidad de energía y telecomunicaciones, y la proximidad a una instalación de mantenimiento como factores económicos y técnicos que influyen en la elección del sitio .

    Segundo, la visibilidad. Con los candidatos logísticamente viables, realizar análisis de bloqueo del haz con DEM de alta resolución y herramientas LOS. Evaluar el porcentaje de bloqueo, la altura mínima de visibilidad y las zonas de sombra. Priorizar sitios que garanticen visibilidad sobre las áreas de interés, no necesariamente los picos más altos, porque como advierte la OMM, los sitios en montañas altas son de poco beneficio para detectar precipitación cerca del suelo .

    Tercero, la complementación. Diseñar la red como un sistema heterogéneo. Los radares de banda S o C pueden proporcionar la cobertura principal, mientras que los de banda X pueden rellenar huecos y proporcionar alta resolución en áreas críticas. El espaciamiento entre radares debe ajustarse a la aplicación: 150–200 km para aplicaciones sinópticas, 100 km o menos para mediciones cuantitativas de precipitación .

    Cuarto, la banda de trabajo. La elección de la banda es, en última instancia, una decisión económica tanto como técnica. La banda S ofrece el mejor rendimiento para precipitación intensa a larga distancia, pero es la más costosa. La banda C es un compromiso razonable para climas templados. La banda X es la más económica y la más adecuada para aplicaciones de corto alcance y relleno de huecos. En un país como Cuba, con una red de ocho radares ya establecida y un clima tropical propenso a ciclones, la banda S sigue siendo la columna vertebral, pero los radares de banda X podrían complementar la cobertura en áreas de interés específico. LADETEC dispone de un diseño de radar Doppler y Polarimétrico de banda X, robusto, sostenible, hecho con soluciones de Open Hardware y Open Software que garantizan una ecplotación soberana y duradera.

    Una nota final

    Los fabricantes de radares ofrecen «siete verstas hasta el cielo», como dice el refrán ruso. Te ofrecen radares maravilla. Es el fenómeno de la posverdad aplicado a la venta de radares (lea el post La posverdad y los radares meteorológicos). No todo lo que brilla es oro. Si va a comprar un radar para un servicio meteorológico —o para cualquier otra aplicación—, búsquese la asesoría de un experto que haya trabajado en el tema. Será dinero bien empleado, porque hay mucha superchería ofreciéndose por ahí.

    La OMM tiene una guía excelente, la Guide to Operational Weather Radar Best Practices (WMO-No. 1257), cuyo Volumen IV está dedicado precisamente a Weather Radar Siting, Configuration and Scan Strategies. Es de 2024 y está disponible en la biblioteca de la OMM . Si el lector desea profundizar, es el punto de partida obligado. Y si el tema de la aviación es de su interés, puede consultar los artículos que mencioné en el post anterior.

    Al final, la ubicación de un radar meteorológico para el servicio meteorológico general no es un problema de optimización matemática abstracta. Es un problema de ingeniería práctica, donde la logística, la visibilidad, el propósito principal del radar (lea el post sobre las aplicaciones: ¿Cuáles son las Aplicaciones de los Radares Meteorológicos?), la complementación (lea como complementan en Estados Unidos: DE CASA a CLIMAVISION ¿Cómo rellenar los «huecos» en la cobertura de una red de radares?) y el costo (mire estos posts para que tenga una idea no solo de la inversión inicial, si no de cuánto cuesta mantenerlos: Radares meteorológicos, costos y Los desafíos y los costos de mantener una red de radares meteorológicos) se entrelazan en un equilibrio que nunca es perfecto. Lo importante es no empezar por el final. Empezar por los picos más altos y más bonitos puede ser poético, pero rara vez es sensato, la historia de nuestra América Latina recoge más fracasos que éxitos (Radares Meteorológicos al Sur del Río Bravo: Un Mapa Desconcertante) y mire cuántas cosas influyen en la cobertura: ¿Cobertura del radar? Destrocemos un poco de mitos.


    Referencias

    Organización Meteorológica Mundial (OMM). (2018). Siting and installation (Sección 9). En Guide to Operational Weather Radar Best Practices, Parte 1. Ginebra: OMM. https://old.wmo.int/extranet/pages/prog/www/IMOP/ISO/Std_Radar_Part1_For_Members_Review.pdf

    Organización Meteorológica Mundial (OMM). (2024). Guide to Operational Weather Radar Best Practices (WMO-No. 1257), Volumen IV: Weather Radar Siting, Configuration and Scan Strategies. Ginebra: OMM. ISBN 978-92-63-11257-6. https://library.wmo.int/viewer/68981/

    Oyarzún Jiménez, C. F. (2021). Propuesta de sitio para la instalación de un radar meteorológico en la Región del Biobío: potenciales ventajas para la detección temprana de amenazas hidrometeorológicas (Tesis de pregrado). Universidad de Chile, Santiago. https://repositorio.uchile.cl/handle/2250/183882

    Sichuan水文中心. (2025, 18 de diciembre). 跋涉川东寻»天眼»——达州测雨雷达选址工作侧记 [Caminando por el este de Sichuan en busca del «ojo celestial»: notas sobre la selección del sitio del radar de medición de lluvia de Dazhou]. Departamento de Recursos Hídricos de Sichuan. http://slt.sc.gov.cn/scsslt/dfss/2025/12/18/c9aa7161b7794ad5be7b320dfa0874a6.shtml

    Öztürk, K., & Çubuk, A. (2018). The Interactive Weather Radar Visibility Analysis Tool. Turkish State Meteorological Service (TSMS), Remote Sensing Division. Presentado en TECO-2018, WMO. https://old.wmo.int/extranet/pages/prog/www/IMOP/TECO-2018/pdf/poster%20abstracts/topic%203/P3_1_Ozturk_et%20al_ExtendedAbstract.pdf

    Federal Aviation Administration (FAA). (2024). Siting Criteria for Terminal Doppler Weather Radar (TDWR) (Order JO 6315.4). U.S. Department of Transportation. https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Order/JO_6315_4.pdf

  • Once upon a time…Japanese Radars, the beginning of a new era in Cuban Meteorology

    Once upon a time…Japanese Radars, the beginning of a new era in Cuban Meteorology

    Había una vez…Los Radares Japoneses, el inicio de una Nueva Era en la Meteorología Cubana.

    Toward the end of the sixties of the 20th Century, United Nation Development Program (UNDP), considering the frequency, intensity and destructive capabilities of hurricanes in the Caribbean Basin, evaluated and accepted a request from some countries belonging to the CARICOM, to supply equipment to arrange a “curtain of 10 cm weather radars” against hurricanes in the Caribbean together with radars in the French Departments of Lesser Antilles, Puerto Rico and Miami. At the same time, UNDP received an independent request through the World Meteorological Organization (WMO) from the Academy of Science of Cuba. UNDP-WMO, having a favorable financial situation, decided to complain with both requests. Hacia fines de la década de los sesenta del siglo XX, el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD), considerando la frecuencia, intensidad y capacidad destructiva de los huracanes en la cuenca del Caribe, evaluó y aceptó una solicitud de algunos países pertenecientes a CARICOM, para suministrar equipos disponer una “cortina de radares meteorológicos de 10 cm” contra huracanes en el Caribe junto con radares en los departamentos franceses de las Antillas Menores, Puerto Rico y Miami. Al mismo tiempo, el PNUD recibió una solicitud independiente a través de la Organización Meteorológica Mundial (OMM) de la Academia de Ciencias de Cuba. El PNUD-OMM, teniendo una situación financiera favorable, decidió cumplir con ambas solicitudes.

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  • Radares en Gran Piedra: 55 años de heroísmo

    El 6 de septiembre de 1966 el Doctor Antonio Núñez Jiménez, a la sazón Presidente de la Comisión de la Academia de Ciencias, dejaba inaugurado un radar en la cima de la Gran Piedra. Era el tercer radar que se instalaba en el país. Le habían antecedido el radar en Casa Blanca, en la sede del Instituto de Meteorología, y un radar en Camagüey, en la sede del Centro Meteorológico de Camagüey. Estimados lectores, divago, no es de los radares de lo que quiero hablar, a pesar de que siempre digo que lo mío es hablar de radares.

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