Temario
1. Motivación
2. Observaciones in-situ vs de precepción remota
3. Plataformas usadas comúnmente: fijas, móviles y de satélite
4. Funcionamiento del radar meteorológico
5. Relación entre reflectividad e intensidad de lluvia
6. Coordenadas, geometría y variaciones del haz de radar
7.
Productos de radar
8. Técnicas de análisis de datos
9. Usos comunes del radar: acumulación de lluvia y rastreo de sistemas
10. Dimensión vertical de reflectividad y velocidad radial: información microfísica y
dinámica
11. Fenómenos meteorológicos en radar
12. Usos especializados de los datos de radar
13. Usos del radar en modelos y predicciones
14. Ejercicio práctico de obtención, visualización e interpretación
4. Funcionamiento del radar
meteorológico
•
•
•
•
Cronología
Partes Básicas
Radiación electromagnética
Determinación de la localización e
intensidad de un blanco
• Unidades
• Ejemplos
Interacción de ondas
electromagnéticas con un blanco
El radar crea un pulso de energía electromagnética que es enfocado
por una antena y transmitido a través de la atmósfera.
La longitud de onda de la energía emitida es λ
Fuente: WW2010
Interacción de ondas
electromagnéticas con un blanco
Objetos en la trayectoria del pulso electromagnético, llamados
blancos, van a dispersar la energía
Blanco
Fuente: WW2010
Interacción de ondas
electromagnéticas con un blanco
La energía es dispersada en todas
las direcciones
Fuente: WW2010
Interacción de ondas
electromagnéticas con un blanco
Nos interesa la parte de la energía que es dispersada en la dirección
del transmisor, es decir, la energía retrodispersada
Blanco
Fuente: WW2010
Espectro Electromagnético
Ondas de radio
Estaciones
radiofónicas
Los radares usan ondas de radio (termino genérico para la
radiación en una banda amplia, indicada arriba) y en
particular usan ondas en la banda de microondas
Bandas y longitud de onda (λ)
λ ~ diámetro de la antena  para mantener un ángulo de apertura
del haz especifico (1-2º), el tamaño de la antena aumenta con λ
Banda
Longitud
de onda λ
[cm]
Frecuencia =
c / λ [GHz]
Plataforma
K
1
30
De satélite o
móvil
X
3
10
Móvil o fija
C
5
6
Móvil o fija
S
10
3
Fija
4. Funcionamiento del radar
meteorológico
•
•
•
•
Cronología
Partes Básicas
Radiación electromagnética
Determinación de la localización e
intensidad de un blanco
• Unidades
• Ejemplos
El radar da informacion sobre blancos
meteorologicos (e.g.,tormentas),
especificamente sobre:
• Su localizacion
• Su intensidad
¿Como determina el radar donde esta el blanco?
Usando los tiempos de emisión y recepción
Pulso
t1
Pulso
Un radar emite un pulso
corto y la mayoría del
tiempo “escucha”
t2
t3
t4
Tiempo entre transmisión y recepción (Δt) = t4 – t1
Distancia total (d) = c Δt; c = velocidad de la luz
Distancia al blanco ≡ alcance (r) = c Δt/2
¿Como determina el radar la intensidad del blanco (meteorológico)?
Primero necesitamos la relación entre la
potencia transmitida por el radar (Pt) y la
potencia retrodispersada por un blanco
(hacia el radar) (Pr)
 Ecuación de radar
• Primero consideramos un
transmisor isotrópico que
emite radiación con una
potencia Pt. La radiación
viaja y llega a un blanco
de área transversal At
colocado a una distancia
r1 del transmisor
• Asumimos que el blanco
dispersa radiación
isotrópicamente y
queremos saber que
parte de la radiación
dispersada por el blanco
(Pr) va a llegar a un
receptor de área
transversal Ae colocado a
una distancia r2 del
blanco
Yuter 2003
Encontramos que:
Pr = Pt At Ae
(4π)2 r12 r22
y considerando que
normalmente
r1 = r2 = r 
Pr = Pt At Ae
(4π)2 r4
En un radar el transmisor no es isotrópico, sino que tiene
una antena de ganancia G 
Pr = G Pt At Ae
(4π)2 r4
donde G = (4π Ae)/λ2 (λ = longitud de onda del radar)
Pr = G2 Pt At λ2
(4π)3 r4
El blanco tampoco es isotrópico, entonces substituimos a
At con σ (= sección transversal de retrodispersión)
Pr = G2 Pt λ2 σ
(4π)3 r4
Ahora necesitamos considerar que un blanco
meteorológico no esta formado por un único objeto sino
por muchos 
σ = Vm Σ σi
vol
unitario
donde Vm = volumen de muestreo = el volumen mas
pequeño que puede iluminar el radar
Pr = G2 Pt λ2 Vm Σ σi
(4π)3 r4
vol
unitario
Volumen de muestreo
Rosengaus 1995
Volumen de muestreo
Vm = A h
A= área transversal del cono = π r2 θH θV / 4
donde θH (θV) es el ángulo
de apertura del haz en la
horizontal (vertical)
A
h = dimensión de Vm en la
dirección radial
h
NOTAS Y DIAPOSITIVA
Blanco 1 Blanco 2
= t1
c
= t2
Yuter 2003
Volumen de muestreo
Vm = π r2 θ H θ V h / 4
sustituyendo h = c τ/2 :
Vm ≈ π r 2 θ H θ V c τ / 8
Rosengaus 1995
Es aproximadamente porque falta considerar la distribución
real de potencia dentro de un haz generado por una
antena. En el caso de una antena circular parabólica (que
es muy común) hay que considerar un factor: 1/(2 ln 2) 
Vm = (π r2 θH θV c τ / 8 ) * 1/(2 ln 2) = π r2 θH θV c τ /16 ln 2
¿Cual es el volumen de muestreo a
una distancia de 60 km?
Vm = π r2 θH θV c τ /16 ln 2
Valores típicos:
θH = θV = 1-2º
τ = 0.5-1 μs
 Vm = 1x107 – 1x108 m3
Queremos saber como se relaciona σ con las
características del blanco meteorológico, es decir
con la precipitación.
Primero vamos a considerar solo una partícula y
asumamos que es una esfera que conduce
radiación perfectamente.
La teoria de Mie (1908) indica como la radiacion electromagnetica es
dispersada por una particula esferica
(Solucion analitica a las ecuaciones de Maxwell)
~σ
σ =f(D,λ)
D = diametro de
la esfera
λ = longitud de onda
de la radiacion
(i.e., del radar)
Region Rayleigh
(D < λ)
Region Mie (D > λ)
Yuter 2003
πD/λ
~σ
• Para un gota de lluvia esferica, la transicion entre las dos regiones
occurre a:
πD/λ = 0.2  Dc= λ/16
• Region Mie: D > λ/16 (no
Region Rayleigh
existe una relacion unica
entre σ y D)
• Region Rayleigh: D < λ/16,
Region Mie
aqui si existe una relacion
unica entre σ y D 
σ = |K|2 D6 π5/λ4
Yuter 2003
2
|K| = magnitud del indice
πD/λ
complejo de refraccion
(depende del material del
blanco, agua o hielo)
• Para un radar con λ = 10 cm, la aporximacion de Rayleigh es valida
para una gota de radio menor a 6.25 mm
Substituyendo σ en la
ecuación de radar…
NOTAS
Nomenclatura y unidades
• Aunque estrictamente se debería denotar a la reflectividad
equivalente de radar con Ze, en la practica se le denota casi
siempre con Z y se le llama solo “reflectividad”
• El rango observado de valores de Z es muy grande (varios ordenes
de magnitud)
• Para simplificar, Z se expresa comúnmente en decibeles (dB), que
indican la diferencia de reflectividad entre dos niveles
• La diferencia de reflectividad entre el nivel X y el nivel Y es:
z(dB) ≡ 10 log10 (X/ Y)
• Normalmente se usa Y = 1 mm6 m-3  entonces z es la reflectividad
del nivel X con respecto a 1 mm6 m-3.
• z es un cociente entre 2 cantidades que tienen las mismas unidades
 es adimensional
• Sin embargo para enfatizar que z denota la diferencia entre dos
niveles, se le asignan las pseudounidades “dBZ”
• Para los ejemplos siguientes voy a usar: Z = [mm6 m-3 ] y z = [dBZ],
sin embargo en general se usa Z y puede ser en cualquiera de las
dos unidades
¿Como se relaciona la reflectividad
con la intensidad precipitación?
Reflectividad (dBZ)
Tipo de precipitación
-30 a 0
Apenas detectable
0 a 10
Llovizna o lluvia muy
ligera; nieve ligera
10 a 30
Lluvia ligera o
moderada; nieve mas
intensa
30 a 60
Lluvia de moderada a
fuerte
40 a 55
Graupel
55 a 70
Granizo
30 a 50
Partículas de nieve en el
proceso de derretirse
Yuter 2003
Ejemplos idealizados (Z=ΣniDi6)
• 1) Muchas gotas de lluvia pequeñas (100 gotas por m3 de 1
mm de diámetro)  z = 20 dBZ
• 2) Unas cuantas gotas grandes (5 gotas por m3 de 4 mm
de diámetro)  z = 43 dBZ
• 3) Unas cuantas gotas grandes mas muchas gotas
pequeñas (5 gotas por m3 de 4 mm de diámetro mas 100
gotas por m3 de 1 mm de diámetro)  z = 43 dBZ
• 4) Unas cuantas gotas medianas (2 gotas por m3 de 2 mm
de diámetro)  z = 21 dBZ
Conclusiones de los ejemplos
idealizados
• 1) La reflectividad esta dominada por las gotas
grandes
• 2) Distribuciones de gotas diferentes tienen
valores similares de reflectividad
• 3) Como z[dBZ] no es una variable lineal, para
hacer operaciones, promedios, etc., se debe
usar la variable lineal = Z[mm6 m-3]
Ejemplo: Radar Cerro Catedral
Fuente: SMN
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