Radares Perfiladores de Viento empleados en el...

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



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



Historia(1)• Técnica inventada en Jicamarca.• “Exportada” y aplicada en:

Perfiladores VHF, Red Trans-Pacific(Biak, Christmas Island, Piura)SOUSY, AlemaniaMU, JapónGadanki, India



Historia (2)

(de Hocking [1997])



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.



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



Tratamiento de la señal (2)

• Momentos espectrales:0: Turbulence intensity1: Velocidad radial media2: rms de las velocidades

radiales

5km

20km



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



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



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-



Jicamarca MST (1) Radar vs otras técnicas

T = 1 min

T = 1 día

T = 6 horas

(de Woodman et al. [2000])



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])



Piura ST (1)



Piura ST (3): Ondas de Gravedad

(de Liziola y Balsley [1998])



Piura ST(4)Estadísticade vientos



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])



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.



Piura BLR (2)Observaciones de la capa límite y precipitaciones

Modo Bajo

Capa de Inversión

Modo Alto Nieve

Agua



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.

http://jro.igp.gob.pe/database/winds_blt/html/windsblt.htm



Piura BLTR (2)Comparaciones con globos piloto y radar ST

Modo Bajo Modo Alto



Piura BLTR (3)Vientos sobre Piura

(01 de abril al 31 de mayo, 2002)



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



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”.



Piura BLTR (6): Vector velocidad



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

http://jro.igp.gob.pe/database/winds_blt/html/windsblt.htm



Porcuya BLTR (2)Primeras observaciones

12 de junio, 2002Modo Bajo Modo Alto



Porcuya BLTR (3)Datos horarios

(10-14 de Junio, 2002)

Zonal Meridional

Viento predominante del Este!



Base de datos-Viento zonal, meridional On-linehttp://jro.igp.gob.pe/database/blt_cns/html/online_bltr_frame1.html



Base de datos-Vector velocidad horizontal On-line

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