Radares Perfiladores de Viento empleados en el...
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10 de Abril de 2006IGP-UDEP
Perfiladores en el Peru
Radares Perfiladores de Vientoempleados en el Perú
Luis A. Flores C1,2, Jorge L. Chau2, R. F. Wodman2, H. Pinedo2, D. Scipion2
1 Facultad de Ingeniería, Universidad de Piura | Campus Lima2 Radio Observatorio de Jicamarca, Instituto Geofísico del Perú
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Perfiladores en el Peru
Contenido
• Antecedentes• Técnica de Radares Perfiladores de viento
– Principios básicos de funcionamiento– Tratamiento de la señal– Principales características– Principales Aplicaciones
• Perfiladores en el Perú• Estudios realizados con Perfiladores en el Perú.• Taller de trabajo internacional• Aplicaciones futuras
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Perfiladores en el Peru
Historia(1)• Técnica inventada en Jicamarca.• “Exportada” y aplicada en:
Perfiladores VHF, Red Trans-Pacific(Biak, Christmas Island, Piura)SOUSY, AlemaniaMU, JapónGadanki, India
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Historia (2)
(de Hocking [1997])
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Principios Básicos de Funcionamiento
• Principio: Efecto Doppler
• Blanco:“aire claro” (fluctuaciones en el índice de refracción).
• Radar Pulsante: mide diferentes rangoscon el uso de pulsos.
• La señal recibida representa un procesoaleatorio complejo, pero con un adecuado tratamiento se obtienenparámetros espectrales.
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Tratamiento de la señal(1)• Señal recibida• Ranging• Integracion coherente
(promediación en tiempo)• Análisis espectral
(Transformada de Fourier)• Integración incoherente
(Promediación Espectral)• Estimación Nivel de ruido• Estimación de Parámetros
espectrales:Potencia del ecoDesplazamiento DopplerAncho espectral
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Tratamiento de la señal (2)
• Momentos espectrales:0: Turbulence intensity1: Velocidad radial media2: rms de las velocidades
radiales
5km
20km
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Principales características• Rango de Alturas:
– BLR (200m a 3 km)( 300m -11 km)– BLTR (200 m a 8 km)– ST (2 km a 22 km)– MST (4 km a 85 km)
• Alta resolución temporal: ~1 minuto
• Buena resolución en altura: > 75 m.
• Ventajas sobre medidas realizadas por aviones o globos:
– Medidas de volumen en lugar de puntuales– Medidas contínuas, esenciales para los
estudios de variación a mesoescala.– Vientos verticales, otras técnicas los
infieren y sólo obtienen valores sinópticos.
Boundary Layer
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Principales Aplicaciones
• Medición de vientos en 3D (único instrumento que mide la pequeña componente del viento vertical)
• Ondas atmosféricas (ondas de gravedad, planetarias, mareas) Con períodos desde minutos a días.
• Turbulencia
• Estabilidad atmosférica hidroestática.
• Detección de Meteoritos
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Perfiladores en el PerúUbicación Tipo Banda Tamaño Potencia Método Período
Jicamarca MST VHF < 300m x 300m> 36m x 36m
100 kW o4 MW DBS/SA 1972-
Piura ST VHF 100m x 100m 30 kW DBS 1989-
AntárticaECAMP Peruana MST VHF 50m x 50m 30 kW DBS 1998-1999
Piura BLR UHF 3m x 3m 4 kW DBS 1998-1999
AntárticaBCAAUruguaya
MST VHF 15m x 15m 30 kW DBS 2000-2001
Piura BLT VHF 30m x30m 12 kW SA 2001-
Porcuya BLT VHF 30m x 30m 12 kW SA 2002-
JicamarcaSOUSY MST VHF 64m x 64m 500 kW DBS 2003-
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Jicamarca MST (1) Radar vs otras técnicas
T = 1 min
T = 1 día
T = 6 horas
(de Woodman et al. [2000])
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Jicamarca MST (2)Medidas en modo SA
•Parámetros de dispersión: Longitudes de correlaciónde dispersores y orientación).
•Intensidad de turbulenciasin efectos debidos al ancho del haz de la antena.
(de Chau et al. [2000])
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Piura ST (1)
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Piura ST (3): Ondas de Gravedad
(de Liziola y Balsley [1998])
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Piura ST(4)Estadísticade vientos
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Piura ST (5)Estadística de vientos
Verano
0
2
4
6
8
10
-4.5 -2.5 -0.5 1.5 3.5 5.5
v (m/s)
Alti
tud
(km
)
Otoño
0
2
4
6
8
10
-4.5 -2.5 -0.5 1.5 3.5 5.5
v (m/s)
Alti
tud
(km
)
Verano
0
2
4
6
8
10
-8.5 -6.5 -4.5 -2.5 -0.5 1.5
u (m/s)
Alti
tud
(km
)
Otoño
0
2
4
6
8
10
-8.5 -6.5 -4.5 -2.5 -0.5 1.5
u (m/s)A
ltitu
d (k
m)
•Variación estacional del promedio de la velocidad zonal y meridional horaria. Comparación entre condiciones normales (CN, azul) y condiciones Pre - Niño 1997-98 (verde). •Los datos CN han sido obtenidos de las medidas entre 1991 y 1999 sin considerar los eventos Niño.•¿Precursor en viento zonal de altura?
(de Flores et al. [2002])
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Piura BLR (1)• Para monitorear la dinámica de la
capa límite en el norte del Perú.• Rango de medición:
– Modo bajo: 200m – 2.5 km.– Modo alto: 500m – 11 km.
• Complementa las medidas del radar ST.
• Capaz de observar hidrometeoros (lluvia y nieve) debido a su longitud de onda pequeña (33 cm comparado a los 6 m del ST).
• Radar BLR mucho más pequeño que el ST.
• Funcionó entre Enero de 1998 y Junio de 1999.
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Piura BLR (2)Observaciones de la capa límite y precipitaciones
Modo Bajo
Capa de Inversión
Modo Alto Nieve
Agua
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Piura BLTR (1)• Radar adquirido por el IGP como parte del
proyecto multi-institucional para el estudio de El Niño.
• Instalado en Piura temporalmente hasta que se repare el radar BLR o hasta que se decida moverlo a la Isla Lobos de Afuera.
• Funciona en Piura desde Junio del 2001. • A futuro se planea moverlo a la Isla lobos
de Afuera.• Los datos se encuentran en la página Web
del ROJ http://jro.igp.gob.pe/database/winds_blt/html/windsblt.htmhttp://jro.igp.gob.pe/database/blt_cns/html/online_bltr_frame1.html
• Datos horarios son publicados en tiempo real en la página web del ROJ.
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Piura BLTR (2)Comparaciones con globos piloto y radar ST
Modo Bajo Modo Alto
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Piura BLTR (3)Vientos sobre Piura
(01 de abril al 31 de mayo, 2002)
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Piura BLTR (4)Datos “instantáneous” y horarios
(8-14 mayo 2002)Zonal Meridional
Datos horarios•Remoción de “outliers”•Promediado en altura y tiempo
Datos “instantáneos” altos•500m a 8 km•Resolución de 450 m
Datos “instantáneos” bajos•300m a 2.5 km•Resolución de 60 m
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ST
BLT
Piura BLTR (5)Comparaciones
con radar ST(11-17 Julio, 2001)
•Complementan ST: Medidas < 2kms
•Duplican ST:Medidas > 2 kms y < 8 kms
•Mejor resolución temporal que el ST, puesto que no se espera apuntar en diferentes direcciones.•Notar que la dinámica de la capa límite es muy diferente a la troposfera “libre”.
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Piura BLTR (6): Vector velocidad
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Porcuya BLTR (1)• Es el segundo radar adquirido por el IGP para
estudiar el Niño y es igual al BLT de Piura.• Está ubicado cerca del abra de Porcuya,
punto más bajo de los Andes en el norte del Perú, pero en la parte oriental.
• Mide la dinámica atmosférica de esta zona, influenciada principalmente por la cuenca del Atlántico, y para determinar su influencia y efectos sobre Piura.
• Los datos horarios han sido transmitidos al IGP en tiempo real mediante el sistema GOES. Actualmente el TX GOES está en reparación.
• Los datos se encuentran en la página Web del ROJ http://jro.igp.gob.pe/database/winds_blt/html/windsblt.htm
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Porcuya BLTR (2)Primeras observaciones
12 de junio, 2002Modo Bajo Modo Alto
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Porcuya BLTR (3)Datos horarios
(10-14 de Junio, 2002)
Zonal Meridional
Viento predominante del Este!
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Base de datos-Viento zonal, meridional On-linehttp://jro.igp.gob.pe/database/blt_cns/html/online_bltr_frame1.html
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Base de datos-Vector velocidad horizontal On-line