NEXRAD

NEXRAD ( Next Generation Radar ) es una extensa red de estaciones de radar meteorológico operadas por el Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos .  El alto rendimiento del hardware de radar NEXRAD permite organizar la observación y el mapeo automatizados de la precipitación atmosférica en un modo cercano al tiempo real con un retraso que no excede los 6 minutos. Esto hace posible mantener actualizados los datos meteorológicos para el pronóstico del tiempo y las advertencias de posibles desastres naturales. Además de las previsiones meteorológicas, los datos meteorológicos de NEXRADutilizado en otras áreas, como la agricultura , el transporte y la ingeniería hidráulica [1] .

Información general

El surgimiento de la red NEXRAD tuvo lugar gracias a los esfuerzos conjuntos del Departamento de Comercio , el Departamento de Defensa y el Departamento de Transporte de EE. UU. [2] [3] . Su fundación fue el complejo de radares Doppler WSR-88D ( Eng.  W eather S urveillance R adar 88 Doppler ), que tenía por objeto reemplazar los equipos de radares meteorológicos del Servicio Meteorológico Nacional, la Fuerza Aérea , la Administración de Aviación Civil y la Comando Naval de Meteorología y Oceanografía [4] .

Los primeros experimentos sobre el uso del efecto Doppler en la meteorología por radar en los Estados Unidos comenzaron en la década de 1960 [5] . La creación del sistema NEXRAD se lanzó en 1976 en el Laboratorio Nacional de Investigación de Tormentas Severas ( Norman , Oklahoma ). En 1979 se creó el concepto de proyecto, que determinó los enfoques generales de desarrollo, y para 1980 se aprobaron como parte de esta iniciativa los planos detallados para la ejecución de todo el programa, requisitos técnicos, especificaciones y distribución de responsabilidades entre los desarrolladores. . En 1986 y 1989, el Centro de Control Operativo AFOTEC de la Fuerza Aérea de EE. UU. realizó dos series de experimentos para evaluar la eficacia y la idoneidad del equipo para el programa NEXRAD propuesto por varios proveedores [4] .

En enero de 1990, Unisys Corporation fue seleccionada como contratista principal para el contrato de equipo del sistema NEXRAD . El primer radar Doppler WSR-88D se instaló cerca de la ciudad de Oklahoma en el otoño de 1990. Con este evento se inició la modernización de los equipos técnicos y la reestructuración de todo el Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos. Para 1996, el número total de instalaciones de radares con radares WSR-88D puestos en operación alcanzó las 140 estaciones de trabajo operando bajo el control de la Fuerza Aérea y el servicio meteorológico. Además de ellos, se construyeron 5 estaciones meteorológicas de entrenamiento en los Estados Unidos continentales. Además de estos, se planificó la instalación de 13 radares WSR-88D en Alaska , Hawái y el Caribe [6] .

A partir de 2019, el número total de estaciones de radar meteorológico NEXRAD fue de 160 [2] . Brindan una cobertura confiable en los Estados Unidos continentales, Hawái, Alaska y Puerto Rico [7] . Se cree que la precisión de los pronósticos de lluvia de NEXRAD es especialmente alta para la parte este de los Estados Unidos (alrededor de dos tercios del área total del país) [7] . En el momento de la puesta en funcionamiento del sistema NEXRAD , se consideró que sus principales ventajas eran la alta sensibilidad de los sensores, la presencia de un modo de medición Doppler y la capacidad de mostrar los valores medidos en tiempo real, lo que ayuda para mejorar la precisión de las previsiones meteorológicas [3] .

Entre las desventajas del sistema NEXRAD , se destacan las siguientes [7] :

Especificaciones técnicas

La base del hardware del complejo NEXRAD son los radares Doppler multifuncionales WSR-88D [8] que funcionan a una longitud de onda de 10 cm ( banda S ) [9] . Esta elección de longitud de onda operativa fue dictada por la necesidad de minimizar la interacción del sistema NEXRAD con otros equipos de radar. Todo el diseño se desarrolló específicamente para la predicción de tornados , detección precisa y posicionamiento de flujos turbulentos y remolinos, perfiles de cizalladura del viento y evaluación de los límites de las áreas urbanas [10] .

El alcance de cada radar es de 230 km [11] . A una altitud de 10 000 pies (alrededor de 3000 metros), el sistema NEXRAD proporciona una cobertura casi continua de casi todos los Estados Unidos, con la excepción de las regiones occidentales del país, donde el terreno montañoso hace que sea imposible escanear a lo largo de la superficie subyacente. [6] . La reflectancia de la señal, la velocidad radial promedio y el ancho del espectro Doppler con una resolución de 1 grado por 1 kilómetro (a una distancia de 460 km [10] ) fueron elegidos como los valores registrados en el curso del trabajo . Desde 2008, las mediciones están disponibles con una súper resolución de 0,5 grados por 0,25 kilómetros. Después de 2011, se inició la modernización de las estaciones de radar del complejo NEXRAD . Habiendo obtenido la capacidad de operar en modo de polarización dual , además de los parámetros anteriores, comenzaron a registrar reflectividad diferencial , coeficiente de correlación de señal y cambio de fase diferencial [9] .

El principio de funcionamiento del radar.

El generador de microondas del transmisor de radar WSR-88D crea una señal coherente continua en la frecuencia portadora, que el modulador convierte en un tren de pulsos. Estos pulsos son amplificados por un amplificador klystron hasta 1 MW de potencia pico (  hasta 700 kW [12] según NOAA ), pero la potencia media no suele superar el kilovatio [13] . La señal emitida por la antena tiene polarización horizontal [14] .

Algunas características técnicas del sistema
Nombre Sentido
Diámetro del reflector de la antena 8,54 metros
Ganancia de la antena 44,5dB
Amplitud de rayo 1°
Rango de ángulo vertical -1° a +60°
nivel del lóbulo lateral menos de 26dB
Frecuencia de escaneo 30° por segundo en acimut y elevación
polarización usada lineal, horizontal
Rango de frecuencia de funcionamiento del transmisor 2700-3000 MHz
Valor máximo de potencia de pulso pico 475 kilovatios
Longitud de pulso 1,57 - 4,57 µs
Rango dinámico del receptor 93dB
Receptor de frecuencia intermedia 57,6 MHz

Procesamiento de datos

Desde un punto de vista metodológico, el ciclo completo de obtención de valores medidos incluye tres etapas principales. Durante el primer paso ( ing.  Adquisición de datos de radar ), se lleva a cabo la generación y eliminación de la señal de radar de la ruta de recepción. A esto le sigue el preprocesamiento de datos de radar ( English  Radar Product Generation ) durante el cual los valores de radar medidos se convierten en parámetros meteorológicos e hidrológicos [15] . Para estimar la tasa actual de lluvia por medio de la reflectividad medida por el radar , se utiliza la siguiente relación clásica [16] :

dónde:

- reflectividad radar de la señal, es el nivel de precipitación observado.

Al evaluar el nivel de nevadas, se utiliza otra fórmula empírica con los mismos parámetros [17] :

A esto le sigue el control de calidad y el seguimiento del progreso de la medición, el registro y la distribución de datos. En el último paso ( eng.  Principal User Processor ) es el procesamiento de información para el usuario final. Para hacer esto, el hardware del complejo de radar incluye una estación de trabajo con un procesador gráfico y un monitor de 19 pulgadas, una impresora a color y una terminal del sistema de comunicación. En este paso, los datos obtenidos se muestran, anotan y registran a elección del operador en la representación gráfica deseada con la elección deseada de parámetros y sus valores [15] .

Lista de objetos

Lista de objetos de la red NEXRAD y sus coordenadas [18]

Notas

  1. ↑ Consejo Nacional de Investigación, 2007 , Radar Data, p. 39-42.
  2. ↑ 1 2 NEXRAD Archivado el 30 de abril de 2021 en la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Wayback Machine , 2019
  3. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Resumen, p. 1669.
  4. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Introducción, p. 1669.
  5. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Radar de observación de precipitaciones, p. 344.
  6. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Introducción, p. 1670.
  7. ↑ 1 2 3 Consejo Nacional de Investigación, 2007 , Radar Data, p. 41.
  8. ↑ Consejo Nacional de Investigación, 2007 , Radar Data, p. 39.
  9. ↑ 1 2 Datos de NEXRAD Archivado el 23 de noviembre de 2019 en Wayback Machine Google Cloud, 2019
  10. ↑ 1 2 Fukao, Hamazu, 2014 , NEXRAD: WSR-88D, pág. 344.
  11. ↑ NEXRAD Archivado el 3 de enero de 2020 en Wayback Machine Servicio Meteorológico Nacional de la NOAA, 2019
  12. ^ Información técnica de NEXRAD  . NOAA (7 de noviembre de 2017). Consultado el 3 de enero de 2020. Archivado desde el original el 3 de enero de 2020.
  13. ↑ Holton, 2003 , Radar Doppler, pág. 1803.
  14. ↑ Crum, Alberty, 1993 , Descripción general de WSR-88D, pág. 1672.
  15. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Descripción general de WSR-88D, p. 1671-1674.
  16. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Relación entre la tasa de lluvia y el factor de reflectividad del radar, p. 178.
  17. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Relación entre la tasa de lluvia y el factor de reflectividad del radar, p. 179.
  18. ↑ Sitios y coordenadas de NEXRAD (enlace no disponible) . noaa.gov . Centro Nacional de Datos Climáticos. Consultado el 13 de abril de 2018. Archivado desde el original el 3 de mayo de 2009. 

Literatura

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