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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo D5 - Teledetección Activa Avanzada
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:4918
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: Lidar de retrodispersión
Cómo los pulsos láser de dos longitudes de onda interactúan con aerosoles y nubes y se convierten en perfiles verticales de retrodispersión, extinción y alturas.
Grupo 2: Grupo 2: Ecuación lidar y penetración óptica
Cómo la retrodispersión aumenta la potencia recibida mientras la extinción atenúa la señal en el trayecto de ida y vuelta, limitando la penetración hacia capas profundas.
Grupo 3: Grupo 3: Lidar Doppler y viento vertical
Cómo el desplazamiento Doppler de la luz retrodispersada permite derivar viento vertical con alta resolución temporal, precisión submétrica y alcance troposférico.
Grupo 4: Grupo 4: Radar de nube de 94 GHz
Cómo la alta frecuencia del radar de nube incrementa su sensibilidad a gotitas de nube y cristales de hielo que el radar meteorológico convencional no detecta.
Grupo 5: Grupo 5: Sinergia satelital lidar–radar
Cómo la observación conjunta de lidar y radar de nube separa y caracteriza aerosoles, nubes delgadas y precipitación mejor que un instrumento aislado.
Grupo 6: Grupo 6: Ceilómetros y redes densas
Cómo la simplificación del lidar de retrodispersión permite redes densas de bajo costo para medir bases de capa límite y nubes estación por estación.
Grupo 7: Grupo 7: Complementariedad con radar convencional
Cómo los perfiles activos avanzados cubren las regiones de partículas pequeñas y nubes tenues donde el radar meteorológico convencional pierde sensibilidad, completando la imagen atmosférica.
ID:1791
Grupo 1: Grupo 1: Lidar de retrodispersión
Descripción
Cómo los pulsos láser de dos longitudes de onda interactúan con aerosoles y nubes y se convierten en perfiles verticales de retrodispersión, extinción y alturas.
Pregunta clave: ¿cómo se transforma el retorno óptico en perfiles verticales?
Cómo los pulsos láser de dos longitudes de onda interactúan con aerosoles y nubes y se convierten en perfiles verticales de retrodispersión, extinción y alturas. De esa luz devuelta, el lidar de retrodispersión obtiene perfiles verticales del coeficiente de retrodispersión y del coeficiente de extinción de la atmósfera, además de la altura exacta de las nubes y de la capa límite, todo con una resolución vertical de entre diez y treinta metros. Todos estos instrumentos, desde el lidar de retrodispersión de investigación hasta el ceilómetro más simple, dependen de la misma relación fundamental, conocida como la ecuación lidar: la potencia que el instrumento recibe de vuelta depende de cuánto retrodispersa la atmósfera la luz que le llega y de cuánto la extingue en el camino de ida y vuelta, de modo que cuanto mayor es el coeficiente de retrodispersión de una capa de la atmósfera, más potencia devuelve esa capa, y cuanto mayor es su coeficiente de extinción, menos potencia le queda a la señal para seguir penetrando hacia capas más profundas. El lidar de retrodispersión es el instrumento más básico de la teledetección activa avanzada: emite pulsos de luz láser en dos longitudes de onda distintas, una cercana al verde visible y otra en el infrarrojo cercano, y luego mide cuánta de esa luz le devuelven los aerosoles y las nubes que atraviesa.
ID:2875
Grupo 2: Grupo 2: Ecuación lidar y penetración óptica
Descripción
Cómo la retrodispersión aumenta la potencia recibida mientras la extinción atenúa la señal en el trayecto de ida y vuelta, limitando la penetración hacia capas profundas.
Pregunta clave: ¿cómo retrodispersión y extinción controlan potencia y penetración?
Cómo la retrodispersión aumenta la potencia recibida mientras la extinción atenúa la señal en el trayecto de ida y vuelta, limitando la penetración hacia capas profundas. Todos estos instrumentos, desde el lidar de retrodispersión de investigación hasta el ceilómetro más simple, dependen de la misma relación fundamental, conocida como la ecuación lidar: la potencia que el instrumento recibe de vuelta depende de cuánto retrodispersa la atmósfera la luz que le llega y de cuánto la extingue en el camino de ida y vuelta, de modo que cuanto mayor es el coeficiente de retrodispersión de una capa de la atmósfera, más potencia devuelve esa capa, y cuanto mayor es su coeficiente de extinción, menos potencia le queda a la señal para seguir penetrando hacia capas más profundas.
ID:2876
Grupo 3: Grupo 3: Lidar Doppler y viento vertical
Descripción
Cómo el desplazamiento Doppler de la luz retrodispersada permite derivar viento vertical con alta resolución temporal, precisión submétrica y alcance troposférico.
Pregunta clave: ¿cómo el desplazamiento Doppler se transforma en viento vertical?
Cómo el desplazamiento Doppler de la luz retrodispersada permite derivar viento vertical con alta resolución temporal, precisión submétrica y alcance troposférico. El lidar Doppler parte del mismo lidar de retrodispersión, pero añade la misma idea que ya usa el radar Doppler: mide la diferencia de frecuencia que sufre la luz retrodispersada por las moléculas de aire y las partículas de la troposfera, y de esa diferencia de frecuencia Doppler deriva el viento vertical con una precisión de entre una y cinco décimas de metro por segundo, en cuestión de segundos y hasta un alcance de entre cinco y quince kilómetros. La teledetección activa avanzada reúne a los sistemas lidar y al radar de nube, dos familias de instrumentos que complementan a los radares meteorológicos convencionales allí donde estos últimos no alcanzan: tienen mayor sensibilidad a las partículas pequeñas, como los aerosoles y las gotitas de nube, y logran una resolución vertical mucho más fina.
ID:2877
Grupo 4: Grupo 4: Radar de nube de 94 GHz
Descripción
Cómo la alta frecuencia del radar de nube incrementa su sensibilidad a gotitas de nube y cristales de hielo que el radar meteorológico convencional no detecta.
Pregunta clave: ¿cómo la frecuencia de 94 GHz permite detectar partículas pequeñas?
Cómo la alta frecuencia del radar de nube incrementa su sensibilidad a gotitas de nube y cristales de hielo que el radar meteorológico convencional no detecta. El radar de nube que vuela en estas misiones opera a una frecuencia mucho más alta que la de un radar meteorológico convencional, cercana a los noventa y cuatro gigahercios, lo que lo hace sensible a las gotitas de nube y a los cristales de hielo que un radar convencional no logra detectar. La teledetección activa avanzada reúne a los sistemas lidar y al radar de nube, dos familias de instrumentos que complementan a los radares meteorológicos convencionales allí donde estos últimos no alcanzan: tienen mayor sensibilidad a las partículas pequeñas, como los aerosoles y las gotitas de nube, y logran una resolución vertical mucho más fina. Cuando el lidar y el radar de nube vuelan juntos en un mismo satélite, se complementan todavía más: una misión satelital pionera combinó por primera vez ambos instrumentos, y su sucesora más reciente perfeccionó esa combinación, permitiendo caracterizar al mismo tiempo los aerosoles, las nubes delgadas y la precipitación que un solo instrumento no podría distinguir por separado.
ID:2878
Grupo 5: Grupo 5: Sinergia satelital lidar–radar
Descripción
Cómo la observación conjunta de lidar y radar de nube separa y caracteriza aerosoles, nubes delgadas y precipitación mejor que un instrumento aislado.
Pregunta clave: ¿cómo la combinación satelital separa aerosoles, nubes delgadas y precipitación?
Cómo la observación conjunta de lidar y radar de nube separa y caracteriza aerosoles, nubes delgadas y precipitación mejor que un instrumento aislado. Cuando el lidar y el radar de nube vuelan juntos en un mismo satélite, se complementan todavía más: una misión satelital pionera combinó por primera vez ambos instrumentos, y su sucesora más reciente perfeccionó esa combinación, permitiendo caracterizar al mismo tiempo los aerosoles, las nubes delgadas y la precipitación que un solo instrumento no podría distinguir por separado. El resultado esperado de toda la teledetección activa avanzada es un conjunto de perfiles verticales de aerosoles y de nubes con una resolución temporal y espacial mucho más alta que la de cualquier radar meteorológico convencional, capaz de ver justamente donde el radar meteorológico convencional se queda ciego: las nubes delgadas que no logran saturar su señal, o que son demasiado tenues para producir suficiente retrodispersión de microondas. La teledetección activa avanzada reúne a los sistemas lidar y al radar de nube, dos familias de instrumentos que complementan a los radares meteorológicos convencionales allí donde estos últimos no alcanzan: tienen mayor sensibilidad a las partículas pequeñas, como los aerosoles y las gotitas de nube, y logran una resolución vertical mucho más fina.
ID:2879
Grupo 6: Grupo 6: Ceilómetros y redes densas
Descripción
Cómo la simplificación del lidar de retrodispersión permite redes densas de bajo costo para medir bases de capa límite y nubes estación por estación.
Pregunta clave: ¿cómo un lidar simplificado permite observación densa de bases atmosféricas?
Cómo la simplificación del lidar de retrodispersión permite redes densas de bajo costo para medir bases de capa límite y nubes estación por estación. El mismo principio del lidar de retrodispersión, simplificado y abaratado, da origen a los ceilómetros: lidares de bajo costo que se instalan en redes densas —cerca de mil ceilómetros cubren Europa— y que, sin necesitar la sofisticación de un lidar de investigación, miden la altura de la base de la capa límite y de las nubes en cada estación de la red. Todos estos instrumentos, desde el lidar de retrodispersión de investigación hasta el ceilómetro más simple, dependen de la misma relación fundamental, conocida como la ecuación lidar: la potencia que el instrumento recibe de vuelta depende de cuánto retrodispersa la atmósfera la luz que le llega y de cuánto la extingue en el camino de ida y vuelta, de modo que cuanto mayor es el coeficiente de retrodispersión de una capa de la atmósfera, más potencia devuelve esa capa, y cuanto mayor es su coeficiente de extinción, menos potencia le queda a la señal para seguir penetrando hacia capas más profundas. De esa luz devuelta, el lidar de retrodispersión obtiene perfiles verticales del coeficiente de retrodispersión y del coeficiente de extinción de la atmósfera, además de la altura exacta de las nubes y de la capa límite, todo con una resolución vertical de entre diez y treinta metros.
ID:2880
Grupo 7: Grupo 7: Complementariedad con radar convencional
Descripción
Cómo los perfiles activos avanzados cubren las regiones de partículas pequeñas y nubes tenues donde el radar meteorológico convencional pierde sensibilidad, completando la imagen atmosférica.
Pregunta clave: ¿cómo la teledetección activa avanzada completa al radar convencional?
Cómo los perfiles activos avanzados cubren las regiones de partículas pequeñas y nubes tenues donde el radar meteorológico convencional pierde sensibilidad, completando la imagen atmosférica. El resultado esperado de toda la teledetección activa avanzada es un conjunto de perfiles verticales de aerosoles y de nubes con una resolución temporal y espacial mucho más alta que la de cualquier radar meteorológico convencional, capaz de ver justamente donde el radar meteorológico convencional se queda ciego: las nubes delgadas que no logran saturar su señal, o que son demasiado tenues para producir suficiente retrodispersión de microondas. El radar de nube que vuela en estas misiones opera a una frecuencia mucho más alta que la de un radar meteorológico convencional, cercana a los noventa y cuatro gigahercios, lo que lo hace sensible a las gotitas de nube y a los cristales de hielo que un radar convencional no logra detectar. Así, la teledetección activa avanzada no reemplaza al radar meteorológico convencional, sino que completa la imagen que este deja incompleta.
ID:2881