Monitoreo de Eventos Metereológicos con
Sistemas de Radares DCAS
Sandra Cruz-Pol
Directora CASA en UPRM
Universidad de Puerto Rico en Mayaguez
Taller en República Dominicana, agosto 2007
“No hay suficiente conocimiento acerca de lo que está
pasando (o puede pasar) en la superficie de la Tierra
donde vive la gente.” [NRC, 1998]
5.4 km
1 km
2 km
4 km
3.05 km
10,000 ft
snow
wind
tornado
gap
Horz. Scale: 1” = 50 km
Vert. Scale: 1” -=- 2 km
0
40
80
120
RANGE (km)
160
200
240
La curvatura de la Tierra no permite
que el 72% de la troposfera por
debajo de 1km sea observada.
DCAS – Distributed Collaborative Adaptive Systems
10,000 ft
3.05 km
snow
wind
3.05 km
Red densa de radares de
baja-potencia:
 Miden los 3 km inferiores
de la atmósfera
 radares que colaboran :
 Percepción mejorada
 Mejora la detección,
predicción, avisos,
respuesta
 Responde a múltiples
necesidades de usuarios
tornado
0
40
80
120
RANGE (km)
160
200
240
“Muestreo de la atmósfera
cuando y donde las
necesidades de los usuarios
son mayores.”
Comparación
Por Carlos Rodríguez,
estudiante graduado
NEXrad
PR2 (EWR)
Capas bajas,
lluvia
Capas altas, nubes cumulonimbus
No necesariamente donde hay lluvia.
Centros de prueba (Test beds)
Oklahoma – Tornados (Yr3)
Houston: inundaciones (Yr4)
• hydrologic hazards
• Smaller, cheaper
radars
• urban demographics
• partnerships
Puerto Rico:
Lluvia tropical, terreno (Yr4)
CASA – IP1 - Oklahoma
• Consorcio entre UPRM
UMass, OU, CSU
• Tecnología probada en
IP1, Oklahoma
• radares
Doppler/Polarimétrico
~$250K c/u.
Field Deployment in Oklahoma Test Bed
One of the test-bed sites
Concrete pad and tower section
Final integration of radar nodes on
their platforms at NSSL’s garage.
Spring 2006
IP1 Radars instaladas en torres
Spring 2006
CASA-IP1 Radar vs NWS-Nexrad
NEXRAD
DCAS
Primavera 2006
¿Qué tenemos en Puerto Rico ?
• Dos Radares – PR1 y
EWR (PR2)
• Proveen medidas de
Reflectividad
• Radares son single-pol
& no son Doppler.
• Datos se ha colectado
durante tormentas de
lluvia.
Puerto Rico IP3 Test Bed
Off-the-Grid Radar
1er nodo bajo prueba en
UMass
EWR Radar
Comunicaciones
Inalámbricas
MC&C
distribuido
Algoritmo estimación
Optimización
Energía Balanceada de Reflectivity en Red
PR1
(Stefani) Radar
FCC permiso otorgado.
Radar operacional falta
reemplazomagnetron
OTG localizacion se
basa en Modelo de
Vulnerabilidad a
Desastres
QPE
Xiomara
Carlos
Alejandra
Estaciones Meteorológicas
y
Disdrometros
Jorge
Jenniffer Jackie Ricardo
Fred
Panels EScan de Bajo Costo
 10W's to 100 W peak power per panel
 2° pencil beam, 1m X-band array (9 GHz)
 Dual linear polarization
 # array panels per installation: 3 or 4
 Azimuth scan range: ±450 to ±600
 Elevation scan range:
 0-200(low level coverage, < 3 km)
 0-560 (full coverage, to 22 km)
 Cost: ~ $10k per panel
Additional specifications
are a work-in-progress
Phase-Tilt EScan Panel
TAY
CO
TAY
CO
TAY
CO
Dual- pol μstrip
patch radiators
azimuth steering
20o
Linear
Actuator
elevation steering
aperture coupled slots
series-fed columns
active electronics
64 columns, each with 1 W T/R module
CASA
Prototype
mid-2008
Frequency-Phase EScan panel
1m
 Phase-steered
in az direction (±45 deg or ±60 deg)
 64 1-Watt T/R modules
 Frequency-steer
 Series-fed
 Requires
in elevation (0-20 degrees)
columns
~ 1 GHz bandwidth. Frequency allocation challenge.
Phase-Phase EScan Panel
1m



Best flexibility (power, scan range, performance)
~3,000 T/R channels (10 mW/channel) performs electronic beam
scanning in azimuth and elevation
Requires substantial ( 100:1) cost reductions compared to
today’s high-power military phased array radars


innovations in use of commercial packaging & Si T/R functions
Angelo Puzella/Raytheon IRAD briefing IEEE 2007 Radar Conference
Configuración Institucional
Percepción Remota
Ingeniería de Microonda
Redes
Sistema tiempo-real
Predicción Numérica
Manejo Emergencias
Meteorología de Radar
inversión cuantitativa
Estudios Climáticos
Impacto Social
Diseño de Antenas
Hydrología
Diseño Factor Humano
Ciencia de Decisión
socios centrales
académicos
peritaje
socios
externos
CASA Socios Esenciales
2000
Events
CASA – PAISA
Landslides
Structural
Flooding
Others
2500
1996
MEDELLIN COLOMBIA with NOAA &
Movimiento en masa
World Bank
1539
1500
Estructural
1087
1011
1000
1006
5% of the families in the Metropolitan Area (about 30,000
Inundacion
families)
live in high risks areas where mudslides and
Otros
flooding occur (UNAL, 2005.)
987
797
670
500
466
262
219
114
106
127
2003
2004
2005
235 244
258 307
144
51
0
2006
4/13/2007
Medellin. The Body of Bernardo Cifuentes
rescued of last landslides occurred at May
20 2007. 5 death and 20 homes destroyed
were reported
Jorge Salezar (UMass)
Rafael Medina (UMass)
Manuel Vega (UPRM)
Resumen
Redes de radares distribuitos para
respuesta a inclemencias del tiempo

Baja-potencia, radares corto-alcance

Mapas congruentes de viento, lluvia de la
troposfera baja hasta tope tormenta

Estrategia: tecnología R&D en paralelo
con despliegue sistema test bed.
Escenarios Futuros:

Centros de Población; zonas propensas a
peligro; Valles/puntos ciegos

Suplementa- o quizá reemplace –actuales
enormes redes de radares de tiempo.
Extra page:
Volume coverage & required power
22 km
altitude
coverage
38 beam
steps 0-560
30 km
Full volume coverage
Specs: X-Band; 1 meter aperture
Low-level coverage
Zmin= 10 dBZ (25 dBZ during heavy rain)
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