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Temario. Motivación Observaciones in-situ vs de precepción remota Plataformas usadas comúnmente: fijas, móviles y de satélite Funcionamiento del radar meteorológico Relación entre reflectividad e intensidad de lluvia Coordenadas, geometría y variaciones del haz de radar Productos de radar

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Presentation Transcript

  1. Temario • Motivación • Observaciones in-situ vs de precepción remota • Plataformas usadas comúnmente: fijas, móviles y de satélite • Funcionamiento del radar meteorológico • Relación entre reflectividad e intensidad de lluvia • Coordenadas, geometría y variaciones del haz de radar • Productos de radar • Técnicas de análisis de datos • Usos comunes del radar: acumulación de lluvia y rastreo de sistemas • Dimensión vertical de reflectividad y velocidad radial: información microfísica y dinámica • Fenómenos meteorológicos en radar • Usos especializados de los datos de radar • Usos del radar en modelos y predicciones • Ejercicio práctico de obtención, visualización e interpretación

  2. 10. Dimensión vertical de reflectividad y velocidad radial: información microfísica y dinámica

  3. Estructura vertical de reflectividad –Hay dos tipos que se observan frecuentemente Convectiva • Celdas o núcleos de reflectividad intensa muy localizados en la horizontal • En los cortes verticales aparece como una columna profunda y delgada de reflectividad intensa Estratiforme • Horizontalmente homogénea • Capas o estratos en los cortes verticales • En alguna ocasiones exhibe una zona de reflectividad intensa llamada “banda brillante” Height  Houze (1997)

  4. Despliegue en altura y tiempo de reflectividadEn ocasiones se observa un aumento en la intensidad del eco en una zona franja estrecha de altitud Banda brillante Fabry y Zawadzki (1995)

  5. Perfil vertical de reflectividad esquemático C 0 1 2 0ºC Banda brillante 3 4 Adaptado de Houze (1993)

  6. Perfil vertical de reflectividad esquemático C 0 Difusión de vapor 1 2 0ºC Banda brillante 3 4 Adaptado de Houze (1993)

  7. Perfil vertical de reflectividad esquemático C 0 1 Difusión de vapor, agregación y “riming” 2 0ºC Banda brillante 3 4 Adaptado de Houze (1993)

  8. Perfil vertical de reflectividad esquemático C 0 1 2 Agregación y fusión 0ºC Banda brillante 3 4 Adaptado de Houze (1993)

  9. ¿Porque ocurre la “banda brillante”? Encontramos que: Pr = (C |K|2 / r2) Σ Di6 donde |K|2 = 0.93 para agua o 0.197 para hielo  Z = Pr r2 / C |K|2 y definimos el factor de reflectividad equivalente asumiendo que la precipitación estaba formada por agua: Ze = Pr r2 / C (0.93) De manera que: Ze = Z |K|2 / (0.93) • Ze va a aumentar cuando un agragado grande se comienza a fundir. Estos agragados se comienzas a fundir en el exterior pero sus tamaños se mantienen relativamente grandes durante el proceso (antes de que se colapsen completamente y formen gotas de lluvia)

  10. Perfil vertical de reflectividad esquemático C 0 1 2 0ºC Banda brillante 3 Colapso de las gotas, aumento de las velocidades de caída y disminución en el numero de partículas por unidad de volumen 4 Adaptado de Houze (1993)

  11. Diagrama esquemático de la banda brillante – región de reflectividad amplificada RHI PPI Banda brillante Rosengaus (1995)

  12. Origen del termino “banda brillante” Ejemplo de un RHI de reflectividad desplegado en un tubos de rayos catódicos usado inicialmente en para indicar ecos de radar Austin and Bemis (1950)

  13. Ejemplo de un PPI de reflectividad con banda brillante Fuente: Java NEXRAD viewer

  14. Importancia de las estructuras verticales de reflectividad Nos dan una indicación de las corrientes verticales y de los procesos microfísicos (es decir como se forman, crecen, decrecen, se rompen y caen la partículas de precipitación)

  15. Relación entre los procesos microfisicos/corrientes verticales y la estructura vertical de la precipitación Houze (1997)

  16. CFAD de reflectividad en (a) convección vigorosa (b) convección intermedia y (c) precipitación estratiforme Houze (1997)

  17. Radar convencional – mide reflectividad • Radar Doppler - mide reflectividad y velocidad radial Ejemplo idealizado Velocidad radial = La componente de la velocidad a lo largo de la dirección radial (donde el radar esta en el origen) Por convención, valores negativos indican que la velocidad radial es en la dirección acercándose al radar y valores positivos indican que la velocidad radial se esta alejando del radar Fuente: Brown and Wood

  18. Medición de la velocidad Radial • Es necesario considerar los cambios en el tiempo en la fases de las ondas retrodispersadas Rinehart (1991)

  19. Medición de la velocidad Radial • Un pulso emitido por el radar y retrodispersado por el blanco recorre una distancia total = 2 r • Esta distancia se puede medir en términos de los números de onda que caben desde el radar al blanco y de regreso) • Distancia en números de onda = 2r/λ • En radianes la distancia es (2r/λ)2π = 4πr/λ r

  20. Medición de la velocidad Radial • En radianes la distancia es (2r/λ)2π = 4πr/λ • Si la señal transmitida tenia una fase = φ0 la fase de la señal retrodispersada es: φ = φ0 + 4πr/λ • Derivando esta ecuación respecto al tiempo: dφ/dt = (4π/λ) dr/dt = (4π/λ) V donde V = velocidad en la dirección radial considerando que dφ/dt = ω = 2πf = frecuencia angular • f = 2V/λ f = frecuencia de corrimiento Doppler V es proporcional a dφ/dt

  21. Partes básicas del radar convencional Yuter 2003

  22. Partes básicas del radar Doppler

  23. Velocidad Radial - Ejemplo idealizados 1 nudo (kt) = 0.5 m/s 20 kt = 10 m/s 1 kilo pie (K ft) = 0.3 km 12 K ft = 4 km Viento espacialmente uniforme descrito por los perfiles en la figura: La dirección es constante con la altura, la magnitud aumenta con la altura

  24. PPI de velocidad Radial - Ejemplo idealizados Viento espacialmente uniforme descrito por los perfiles en la figura: La dirección es constante con la altura, la magnitud aumenta con la altura Fuente: Brown and Wood

  25. Velocidad Radial - Ejemplo idealizados 1 nudo (kt) = 0.5 m/s 20 kt = 10 m/s 1 kilo pie (K ft) = 0.3 km 12 K ft = 4 km 2. Viento espacialmente uniforme descrito por los perfiles en la figura: La dirección es constante con la altura, la magnitud es máxima a niveles medios

  26. PPI de velocidad Radial - Ejemplo idealizados 2. Viento espacialmente uniforme descrito por los perfiles en la figura: La dirección es constante con la altura, la magnitud es máxima a niveles medios Fuente: Brown and Wood

  27. PPI de velocidad Radial - Ejemplo idealizados 3. Viento espacialmente uniforme descrito por los perfiles en la figura: La dirección varia linealmente con la altura, la magnitud es constante

  28. PPI de velocidad Radial - Ejemplo idealizados 3. Viento espacialmente uniforme descrito por los perfiles en la figura: La dirección varia linealmente con la altura, la magnitud es constante Fuente: Brown and Wood

  29. ¿Como se va de un PPI de velocidad radial a obtener información sobre los vientos? Fuente: Brown and Wood

  30. ¿Como se va de un PPI de velocidad radial a obtener información sobre los vientos? • Tomar un punto que tenga velocidad radial igual a cero Fuente: Brown and Wood

  31. ¿Como se va de un PPI de velocidad radial a obtener información sobre los vientos? • Tomar un punto que tenga velocidad radial igual a cero • Considerar la radial (línea del punto al radar) Fuente: Brown and Wood

  32. ¿Como se va de un PPI de velocidad radial a obtener información sobre los vientos? • Tomar un punto que tenga velocidad radial igual a cero • Considerar la radial (línea del punto al radar) • La perpendicular a esa línea indica la dirección del viento en ese punto Fuente: Brown and Wood

  33. ¿Como se va de un PPI de velocidad radial a obtener información sobre los vientos? • Tomar un punto que tenga velocidad radial igual a cero • Considerar la radial (línea del punto al radar) • La perpendicular a esa línea indica la dirección del viento en ese punto • Para determinar el sentido hay que considerar que los valores negativos son hacia el radar y viceversa Fuente: Brown and Wood

  34. ¿Como se va de un PPI de velocidad radial a obtener información sobre los vientos? • Tomar un punto que tenga velocidad radial igual a cero • Considerar la radial (línea del punto al radar) • La perpendicular a esa línea indica la dirección del viento en ese punto • Para determinar el sentido hay que considerar que los valores negativos son hacia el radar y viceversa Fuente: Brown and Wood

  35. Para obtener información sobre la velocidad • Se asume que los vientos son uniformes a una distancia determinada del radar • Se determina cual es la velocidad máxima a esa distancia Fuente: Brown and Wood

  36. Fuente: Brown and Wood Diagrama de velocidad y azimut (VAD= Velocity and Azimuth Display) • Ejemplo muy simple: asumir que el viento es uniforme en la horizontal • Determinar la máxima magnitud de la velocidad radial a una distancia fija del radar • Esta será la velocidad del viento horizontal a la altura correspondiente a esa elevación y distancia

  37. Fuente: Brown and Wood Diagrama de velocidad y azimut (VAD= Velocity and Azimuth Display) • Ejemplo muy simple: asumir que el viento es uniforme en la horizontal • Determinar la máxima magnitud de la velocidad radial a una distancia fija del radar • Esta será la velocidad del viento horizontal a la altura correspondiente a esa elevación y distancia • La dirección a esa altura esta dada por la perpendicular al contorno de 0 m/s a la distancia fija

  38. Fuente: Brown and Wood Diagrama de velocidad y azimut (VAD= Velocity and Azimuth Display) • Digamos que este es el PPI = 1 grado de elevación, que el circulo esta a un radio de 50 km del radar y que la velocidad máxima a ese radio = 20 m/s

  39. Diagrama de altura y distancia del radar para diferentes ángulos de elevación Rinehart (1997)

  40. Fuente: Brown and Wood Diagrama de velocidad y azimut (VAD= Velocity and Azimuth Display) • Digamos que este es el PPI = 1 grado de elevación, que el circulo esta a un radio de 40 km del radar y que la velocidad máxima a ese radio = 20 m/s • La altura correspondiente es ~ 1 km • A esta altura la magnitud del viento horizontal es 20 m/s y la dirección es de oeste-suroeste 1 km

  41. Fuente: Brown and Wood Diagrama de velocidad y azimut (VAD= Velocity and Azimuth Display) • De esta manera se puede construir un perfil vertical de vientos horizontales • Hay técnicas mas complejas que no necesitan asumir que los vientos son espacialmente uniformes para obtener un perfil 1 km

  42. Ejemplo de perfiles verticales de velocidad del viento usando la técnica VAD Fuente: Java NEXRAD viewer

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