Los fundamentos del radar y el desplazamiento doppler
El NEXRAD (Radar de Nueva Generación) obtiene información meteorológica (precipitación y viento) basándose en la energía devuelta. El radar emite una ráfaga de energía (verde en la imagen animada). Si la energía choca con un objeto (gota de lluvia, copo de nieve, granizo, bicho, pájaro, etc.), la energía se dispersa en todas las direcciones (azul). Nota: es una pequeña fracción de la energía emitida la que se dispersa directamente hacia el radar.
Aprenda sobre el rayo del radar aquí
Esta señal reflejada es entonces recibida por el radar durante su período de escucha. Los ordenadores analizan la intensidad del pulso devuelto, el tiempo que ha tardado en viajar hasta el objeto y volver, y la fase, o desplazamiento doppler del pulso. Este proceso de emitir una señal, escuchar cualquier señal de retorno, y luego emitir la siguiente señal, se lleva a cabo muy rápidamente, ¡hasta alrededor de 1300 veces cada segundo!
NEXRAD pasa la gran cantidad de tiempo «escuchando» las señales de retorno que envió. Si se suma el tiempo de todos los pulsos de cada hora (el tiempo que el radar está realmente transmitiendo), el radar está «encendido» durante unos 7 segundos cada hora. Los 59 minutos y 53 segundos restantes se dedican a escuchar cualquier señal devuelta.
Conozca los diferentes modos de exploración del radar aquí
La capacidad de detectar el «cambio de fase» del pulso de energía hace que el NEXRAD sea un radar Doppler. La fase de la señal de retorno suele cambiar en función del movimiento de las gotas de lluvia (o de los insectos, el polvo, etc.). Este efecto Doppler debe su nombre al físico austriaco Christian Doppler, que lo descubrió. Es muy probable que haya experimentado el «efecto Doppler» alrededor de los trenes.
Cuando un tren pasa por su ubicación, puede haber notado que el tono del silbato del tren cambia de alto a bajo. A medida que el tren se acerca, las ondas sonoras que componen el silbato se comprimen haciendo que el tono sea más alto que si el tren estuviera parado. Del mismo modo, a medida que el tren se aleja de ti, las ondas sonoras se estiran, bajando el tono del silbato. Cuanto más rápido se mueva el tren, mayor será el cambio en el tono del silbato al pasar por su ubicación.
El mismo efecto tiene lugar en la atmósfera cuando un pulso de energía del NEXRAD golpea un objeto y se refleja hacia el radar. Los ordenadores del radar miden el cambio de fase del pulso de energía reflejado y convierten ese cambio en una velocidad del objeto, ya sea hacia o desde el radar. La información sobre el movimiento de los objetos hacia el radar o alejándose de él puede utilizarse para estimar la velocidad del viento. Esta capacidad de «ver» el viento es lo que permite al Servicio Meteorológico Nacional detectar la formación de tornados, lo que, a su vez, permite emitir avisos de tornado con mayor antelación.
En la imagen de arriba, la línea gris es la señal transmitida. Se puede ver cómo
la energía devuelta cambia sus características de longitud de onda cuando choca con
un objetivo que se aleja o se acerca al radar (línea roja y verde, respectivamente)
Ahora, veamos los datos del radar
Hay dos tipos principales de datos, Velocidad y Reflectividad.
Los datos de reflectividad nos muestran la fuerza de la energía que se devuelve al radar después de rebotar en los objetivos de precipitación. Otros objetivos que no son de precipitación devolverán energía, pero por ahora, sólo nos ocuparemos de la precipitación. En general, cuanto más fuerte sea la energía devuelta, más pesada será la precipitación. Aprenda más sobre la reflectividad aquí.
Los datos de la velocidad se derivan de la fase, o del desplazamiento doppler de la energía devuelta. Los ordenadores del radar calculan el desplazamiento y determinan si la precipitación se acerca o se aleja del radar, y a qué velocidad, y luego aplican un color correspondiente a esas direcciones y velocidades. El rojo suele ser un objetivo que se aleja del radar, mientras que el verde se aplica a los objetivos que se acercan al radar. La intensidad de estos colores determina su velocidad estimada. Aprenda más sobre la velocidad aquí.
En la imagen de arriba, puede ver los datos de velocidad que se asocian con una fuerte tormenta representada en los datos de reflectividad. Este es un gran ejemplo de cómo se ve un tornado en la visualización de la velocidad. Haga clic en la imagen para obtener más detalles. El radar está situado al sureste, o en la parte inferior derecha de la pantalla del ordenador. Observe el rojo brillante, o las fuertes velocidades de salida justo al lado del verde brillante, o las velocidades de entrada. Esto indica una columna de aire en fuerte rotación. Cuando se combina con un patrón de reflectividad que muestra una firma de gancho, como en este caso, a menudo hay un tornado que ocurre o está a punto de ocurrir.
A veces el radar Doppler WSR-88D ve objetivos sin precipitación
Si hay un «objetivo» ahí fuera y refleja la energía del radar de vuelta al radar, éste lo mostrará como si fuera precipitación. El radar tiene cierta lógica para ayudar a discriminar entre objetivos de precipitación y no precipitación. Sin embargo, a veces vemos cosas curiosas en la pantalla del radar. Aquí hay algunas:
Anillos de posaderos de aves. Estos son más comunes en el otoño alrededor de los cuerpos de agua que suelen tener temperaturas más cálidas que la tierra circundante en la noche. También es el momento en que las aves se reúnen para la migración estacional. Por la noche, las aves descansan y anidan en los lagos y sus alrededores. Justo antes del amanecer, suele haber un despegue coordinado y una dispersión de las aves hacia los campos circundantes para alimentarse durante el día. Haga clic en la imagen de la izquierda para ver una animación rápida de los anillos de aves.
 Propagación anómala |
 Terreno |
 AP &Terreno |
Propagación anómala. Basándonos en nuestro conocimiento de las características del haz de radar, esperamos que el haz de radar salga del radar y se propague a través de la atmósfera de forma estándar. Sin embargo, a veces, la atmósfera hará que el haz se superrefracte o se canalice a través de la atmósfera. Cuando esto ocurre, el haz a veces se dobla hacia abajo haciendo que parte de la energía del radar toque el suelo y devuelva la energía al radar, generando una Propagación Anómala (AP). Las tres imágenes de arriba muestran un caso interesante. En la primera imagen de la izquierda, la zona marcada con un círculo muestra una AP aislada. La imagen del medio es un mapa del terreno del sur de Wisconsin. La imagen de la derecha muestra el PA superpuesto en el mapa del terreno. Obsérvese cómo el terreno elevado de las colinas de Baraboo está resaltado por el radar. Sabemos que se trata de AP ya que confirmamos mediante satélite y otras observaciones que los cielos estaban despejados.
Interferencia de los parques eólicos. Los parques eólicos pueden afectar a los radares Doppler de tres maneras si las palas de las turbinas se mueven y están dentro de la línea de visión del radar. Si están lo suficientemente cerca (a unos pocos kilómetros) pueden bloquear parcialmente un porcentaje significativo del haz y atenuar los datos en el rango del parque eólico. También pueden reflejar energía hacia el radar y aparecer como desorden (AP) en la imagen del radar y contaminar los datos de reflectividad base. Los datos de reflectividad son utilizados por los algoritmos del radar para estimar las precipitaciones y detectar ciertas características de las tormentas. Por último, pueden afectar a los datos de velocidad, que también son utilizados por los operadores del radar y por diversos algoritmos de los procesadores de datos del radar para detectar ciertas características de las tormentas, como los mesociclones, el movimiento relativo de la tormenta, la turbulencia, etc. Más información aquí.
Interferencia solar. Dos veces al día, al amanecer y al atardecer, el radar experimenta la interferencia de la energía electromagnética emitida por el sol. Hay un punto al amanecer y al atardecer en el que la antena parabólica del radar apunta directamente al sol y recibe esta energía. Esto se muestra como un pico de energía devuelta en nuestra pantalla. Es breve, normalmente sólo se produce durante una exploración de volumen. Observe en la imagen de la izquierda que la puesta de sol está ligeramente al sur del oeste. La fecha es el 11 de marzo de 2009. En menos de 2 semanas, estaremos en el Equinoccio de Primavera. El sol se pondrá al oeste del radar.
Columnas de humo. Durante los periodos secos, cuando hay quemas controladas o incendios forestales no contenidos, nuestro radar detectará penachos de humo asociados a los incendios. Muchos de los grandes penachos de humo proceden de quemas prescritas o controladas. Se trata de incendios provocados intencionadamente por funcionarios federales/estatales/locales con fines de gestión de la tierra. Otros incendios pueden estar en tierras privadas. Los dos penachos de este ejemplo (haga clic en la imagen para ver una animación) fueron incendios prescritos por el DNR de Wisconsin.