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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo D3 - Radares meteorológicos
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:4912
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Emisión, retrodispersión y reflectividad
Describe la teledetección activa: el radar emite microondas, los hidrometeoros retrodispersan parte de la energía y el retorno medido se expresa como reflectividad.
Grupo 2: Grupo 2: Reflectividad y tasa de precipitación
Relaciona empíricamente la intensidad de reflectividad con la tasa local de precipitación.
Grupo 3: Grupo 3: Cobertura en red y actualización temporal
Organiza radares individuales en redes regionales y conecta número de radares, cobertura territorial y frecuencia de actualización.
Grupo 4: Grupo 4: Doppler y velocidad radial
Convierte el desplazamiento de frecuencia de la señal retrodispersada en velocidad radial de hidrometeoros y, por arrastre, en viento a lo largo del rayo.
Grupo 5: Grupo 5: Reconstrucción del viento multidimensional
Expone la limitación de una sola componente radial y las técnicas de doble Doppler o barridos múltiples para reconstruir el viento.
Grupo 6: Grupo 6: Polarimetría dual y clasificación de hidrometeoros
Compara respuestas horizontal y vertical para obtener variables de forma, retraso y uniformidad, clasificar hidrometeoros y mejorar la estimación de precipitación.
Grupo 7: Grupo 7: Radar de nube y sensibilidad a partículas pequeñas
Lleva el radar a frecuencias cercanas a 94 GHz, aumentando la sensibilidad a gotitas y cristales pequeños y revelando estructura interna de nubes.
Grupo 8: Grupo 8: Campos tridimensionales y estructura de precipitación
Integra reflectividad, clasificación y viento en productos tridimensionales actualizados que revelan banda brillante y estructura de sistemas de precipitación.
ID:1789
Grupo 1: Grupo 1: Emisión, retrodispersión y reflectividad
Descripción
Describe la teledetección activa: el radar emite microondas, los hidrometeoros retrodispersan parte de la energía y el retorno medido se expresa como reflectividad.
Pregunta clave: ¿Cómo se genera la reflectividad a partir de un pulso emitido?
Describe la teledetección activa: el radar emite microondas, los hidrometeoros retrodispersan parte de la energía y el retorno medido se expresa como reflectividad. Los radares meteorológicos son sistemas de teledetección activa: a diferencia de un satélite que solo recibe la radiación que la atmósfera ya emite o refleja por sí sola, el radar meteorológico emite sus propios pulsos de radiación de microondas, con una longitud de onda de entre tres y diez centímetros, y luego mide la energía que esos pulsos le devuelven al retrodispersarse en los hidrometeoros que encuentran en el camino —gotas de lluvia, cristales de hielo, granizo—. La intensidad de esa energía retrodispersada es lo que el radar meteorológico llama reflectividad, y cuanto mayor es la reflectividad que mide el radar meteorológico en un punto, mayor es, empíricamente, la tasa de precipitación que cae en ese mismo punto. Esa frecuencia mucho más alta lo hace sensible a partículas mucho más pequeñas que las gotas de lluvia o los granizos: las gotitas diminutas que forman las nubes y los cristales de hielo más pequeños, que un radar convencional de precipitación simplemente no alcanza a detectar.
ID:3803
Grupo 2: Grupo 2: Reflectividad y tasa de precipitación
Descripción
Relaciona empíricamente la intensidad de reflectividad con la tasa local de precipitación.
Pregunta clave: ¿Cómo se convierte reflectividad en precipitación?
Relaciona empíricamente la intensidad de reflectividad con la tasa local de precipitación. De esa comparación obtienen variables adicionales que describen si el hidrometeoro es más ancho que alto, cuánto retrasa la señal al atravesarlo, y qué tan uniforme es su forma; con esas variables adicionales, el radar de polarimetría dual puede clasificar el tipo de hidrometeoro —lluvia, granizo, nieve o una mezcla de ellos— y, a partir de esa clasificación, calcular una tasa de precipitación más precisa que la que obtiene un radar convencional que solo mide reflectividad. Esa frecuencia mucho más alta lo hace sensible a partículas mucho más pequeñas que las gotas de lluvia o los granizos: las gotitas diminutas que forman las nubes y los cristales de hielo más pequeños, que un radar convencional de precipitación simplemente no alcanza a detectar. La intensidad de esa energía retrodispersada es lo que el radar meteorológico llama reflectividad, y cuanto mayor es la reflectividad que mide el radar meteorológico en un punto, mayor es, empíricamente, la tasa de precipitación que cae en ese mismo punto.
ID:3804
Grupo 3: Grupo 3: Cobertura en red y actualización temporal
Descripción
Organiza radares individuales en redes regionales y conecta número de radares, cobertura territorial y frecuencia de actualización.
Pregunta clave: ¿Cómo se obtiene cobertura regional continuamente actualizada?
Organiza radares individuales en redes regionales y conecta número de radares, cobertura territorial y frecuencia de actualización. Los radares meteorológicos no operan de forma aislada, sino organizados en redes que cubren regiones enteras: una red de más de ciento sesenta radares Doppler cubre la totalidad del territorio de Estados Unidos, y otra red de alrededor de doscientos radares cubre de manera equivalente buena parte de Europa, actualizando sus mediciones cada cinco a diez minutos en ambos casos. Dentro de esta misma familia de radares meteorológicos, el radar Doppler añade una capacidad adicional: mide el desplazamiento de frecuencia que sufre la onda retrodispersada respecto a la frecuencia que el radar emitió originalmente —el efecto Doppler— y de ese desplazamiento de frecuencia infiere la velocidad radial de los hidrometeoros, es decir, qué tan rápido se acercan o se alejan del radar a lo largo de la dirección del rayo. Para reconstruir el viento horizontal tridimensional hacen falta técnicas adicionales: la técnica de doble Doppler combina las mediciones de dos radares que observan la misma región desde ángulos distintos, y una técnica alternativa combina las mediciones de un único radar Doppler tomadas en distintos ángulos de barrido para lograr un resultado equivalente.
ID:3805
Grupo 4: Grupo 4: Doppler y velocidad radial
Descripción
Convierte el desplazamiento de frecuencia de la señal retrodispersada en velocidad radial de hidrometeoros y, por arrastre, en viento a lo largo del rayo.
Pregunta clave: ¿Cómo se obtiene velocidad radial y viento mediante Doppler?
Convierte el desplazamiento de frecuencia de la señal retrodispersada en velocidad radial de hidrometeoros y, por arrastre, en viento a lo largo del rayo. Dentro de esta misma familia de radares meteorológicos, el radar Doppler añade una capacidad adicional: mide el desplazamiento de frecuencia que sufre la onda retrodispersada respecto a la frecuencia que el radar emitió originalmente —el efecto Doppler— y de ese desplazamiento de frecuencia infiere la velocidad radial de los hidrometeoros, es decir, qué tan rápido se acercan o se alejan del radar a lo largo de la dirección del rayo. Como los hidrometeoros se mueven arrastrados por el viento, esa velocidad radial permite, por extensión, inferir el viento en la dirección del rayo. El resultado conjunto de toda esta familia de radares meteorológicos —desde el radar convencional que mide reflectividad hasta el radar Doppler, los radares de polarimetría dual y el radar de nube— es un conjunto de campos de reflectividad tridimensionales que revelan la estructura completa de los sistemas de precipitación: permiten identificar la banda brillante, la capa donde la nieve que cae se funde y se convierte en lluvia, y producen vectores de viento Doppler que describen cómo se mueve el aire dentro de esos mismos sistemas de precipitación.
ID:3806
Grupo 5: Grupo 5: Reconstrucción del viento multidimensional
Descripción
Expone la limitación de una sola componente radial y las técnicas de doble Doppler o barridos múltiples para reconstruir el viento.
Pregunta clave: ¿Cómo se reconstruye el viento más allá de una componente radial?
Expone la limitación de una sola componente radial y las técnicas de doble Doppler o barridos múltiples para reconstruir el viento. Para reconstruir el viento horizontal tridimensional hacen falta técnicas adicionales: la técnica de doble Doppler combina las mediciones de dos radares que observan la misma región desde ángulos distintos, y una técnica alternativa combina las mediciones de un único radar Doppler tomadas en distintos ángulos de barrido para lograr un resultado equivalente. Un solo radar Doppler, sin embargo, solo ve la componente del viento que apunta directamente hacia él o se aleja de él, nunca el viento completo. Dentro de esta misma familia de radares meteorológicos, los radares de polarimetría dual resuelven una limitación distinta a la del radar Doppler simple: en vez de emitir el pulso de microondas en una sola orientación, lo emiten tanto en horizontal como en vertical, y comparan cómo responde el hidrometeoro a cada una de las dos orientaciones.
ID:3807
Grupo 6: Grupo 6: Polarimetría dual y clasificación de hidrometeoros
Descripción
Compara respuestas horizontal y vertical para obtener variables de forma, retraso y uniformidad, clasificar hidrometeoros y mejorar la estimación de precipitación.
Pregunta clave: ¿Cómo se identifica el hidrometeoro y mejora la precipitación?
Compara respuestas horizontal y vertical para obtener variables de forma, retraso y uniformidad, clasificar hidrometeoros y mejorar la estimación de precipitación. De esa comparación obtienen variables adicionales que describen si el hidrometeoro es más ancho que alto, cuánto retrasa la señal al atravesarlo, y qué tan uniforme es su forma; con esas variables adicionales, el radar de polarimetría dual puede clasificar el tipo de hidrometeoro —lluvia, granizo, nieve o una mezcla de ellos— y, a partir de esa clasificación, calcular una tasa de precipitación más precisa que la que obtiene un radar convencional que solo mide reflectividad. Dentro de esta misma familia de radares meteorológicos, los radares de polarimetría dual resuelven una limitación distinta a la del radar Doppler simple: en vez de emitir el pulso de microondas en una sola orientación, lo emiten tanto en horizontal como en vertical, y comparan cómo responde el hidrometeoro a cada una de las dos orientaciones. El resultado conjunto de toda esta familia de radares meteorológicos —desde el radar convencional que mide reflectividad hasta el radar Doppler, los radares de polarimetría dual y el radar de nube— es un conjunto de campos de reflectividad tridimensionales que revelan la estructura completa de los sistemas de precipitación: permiten identificar la banda brillante, la capa donde la nieve que cae se funde y se convierte en lluvia, y producen vectores de viento Doppler que describen cómo se mueve el aire dentro de esos mismos sistemas de precipitación.
ID:3808
Grupo 7: Grupo 7: Radar de nube y sensibilidad a partículas pequeñas
Descripción
Lleva el radar a frecuencias cercanas a 94 GHz, aumentando la sensibilidad a gotitas y cristales pequeños y revelando estructura interna de nubes.
Pregunta clave: ¿Cómo se detecta la estructura interna de nubes pequeñas?
Lleva el radar a frecuencias cercanas a 94 GHz, aumentando la sensibilidad a gotitas y cristales pequeños y revelando estructura interna de nubes. Esa frecuencia mucho más alta lo hace sensible a partículas mucho más pequeñas que las gotas de lluvia o los granizos: las gotitas diminutas que forman las nubes y los cristales de hielo más pequeños, que un radar convencional de precipitación simplemente no alcanza a detectar. Gracias a esa sensibilidad adicional, el radar de nube revela la estructura interna de las nubes que los radares convencionales de precipitación dejan invisible. El radar de nube lleva el principio del radar meteorológico a frecuencias mucho más altas que las de un radar de precipitación convencional, cercanas a los noventa y cuatro gigahercios.
ID:3809
Grupo 8: Grupo 8: Campos tridimensionales y estructura de precipitación
Descripción
Integra reflectividad, clasificación y viento en productos tridimensionales actualizados que revelan banda brillante y estructura de sistemas de precipitación.
Pregunta clave: ¿Cómo se integran los productos en una imagen 3D del sistema?
Integra reflectividad, clasificación y viento en productos tridimensionales actualizados que revelan banda brillante y estructura de sistemas de precipitación. El resultado conjunto de toda esta familia de radares meteorológicos —desde el radar convencional que mide reflectividad hasta el radar Doppler, los radares de polarimetría dual y el radar de nube— es un conjunto de campos de reflectividad tridimensionales que revelan la estructura completa de los sistemas de precipitación: permiten identificar la banda brillante, la capa donde la nieve que cae se funde y se convierte en lluvia, y producen vectores de viento Doppler que describen cómo se mueve el aire dentro de esos mismos sistemas de precipitación. Dentro de esta misma familia de radares meteorológicos, el radar Doppler añade una capacidad adicional: mide el desplazamiento de frecuencia que sufre la onda retrodispersada respecto a la frecuencia que el radar emitió originalmente —el efecto Doppler— y de ese desplazamiento de frecuencia infiere la velocidad radial de los hidrometeoros, es decir, qué tan rápido se acercan o se alejan del radar a lo largo de la dirección del rayo. Dentro de esta misma familia de radares meteorológicos, los radares de polarimetría dual resuelven una limitación distinta a la del radar Doppler simple: en vez de emitir el pulso de microondas en una sola orientación, lo emiten tanto en horizontal como en vertical, y comparan cómo responde el hidrometeoro a cada una de las dos orientaciones.
ID:3810