
En la asignatura de Ciencias de la Tierra, en el Bloque de Las Capas fluidas y su dinámica, hay una sección dedicada a los riesgos Meteorológicos más importantes, como las precipitaciones. Pero hay muchos más como son los temporales de viento, las olas de frío o de calor que pueden llegar a ser extremadamente peligroso. A su vez en esta misma sección hay un apartado dedicado a la predicción de estas situaciones y su prevención.
Así pues esta entrada se basará en las metodologías que utilizan las Agencias de Meteorología para poder prevenir y predecir estos fenómenos que aveces, incluso con la mayor de las tecnologías son difíciles de predecir sobre todo cuando el fenómeno es a escala muy pequeña.
En esta ocasión nos vamos a centrar en los satélites meteorológicos, pues son de gran ayuda para complementar la información obtenida de los modelos de predicción del tiempo, que trataremos en otra entrada, y además sirven como seguimiento en tiempo real de esos fenómenos meteorológicos significativos los cualesn conllevar riesgos muy importantes, como puede ser una tormenta. Nos centraremos en esta entrada en el fundamento de lo satélites meteorológicos.
Muchos de vosotros, podréis ver que en la noticias del tiempo hacen hincapié en las imágenes de los diferentes satélites meteorológicos. Aficionados a la meteorología o profesionales conocen los conceptos necesarios para poder usar estas herramientas de seguimiento en tiempo real del estado de la atmósfera por medio de diferentes webs. Pero hay en cambio mucha gente que está entusiasmada con la meteorología pero no conocen y no saben cómo utilizar estas herramientas. En este sencillo artículo me propondré dar una pequeña guía para aquellas personas que quieran usar estas herramientas desde una manera básica.
Como todos sabemos las distintas agencias espaciales lanzan satélites continuamente para diversas tareas en las que se encuentra el seguimiento del clima y meteorológico. Fue en 1960 cuando se empezaron a lanzar satélites hacia el espacio, pero no fue hasta 1970 cuando se lanzaron los primeros con fines meteorológicos. Fueron los Satélite NOAA de EEUU mientras que nuestro querido METEOSAT (1) fue lanzado en 1977. Ahora mismo tenemos el METEOSAT 10 y 9 funcionando. Para que os hagáis una idea del tamaño los satélites suelen medir entre 2-3metros y pesar entre 250-300kg.
No vamos a entrar en detalles de leyes de radiación para no aburrir y dejéis de leer este artículo, pero a modo conceptual lo que el satélite meteorológico intenta es captar las características de la superficie terrestre y de los fenómenos que se producen en ella a partir de los datos que se recogen en unos sensores, llamados radiómetros. Será muy importante este concepto más adelante por lo que recomiendo su memorización.
Es sabido que la fuente de energía de nuestro planeta es la radiación solar que nos llega. Esta radiación puede ser de diferentes tipos que va en función de su longitud de onda, todos recordaremos o nos sonará que la luz es una onda que viaja a través del espacio y por tanto tiene una longitud de onda y una amplitud de onda.
Imagen 1: Propiedades de una onda
Pues bien, como hemos dicho la radiación se diferencia en varios tipos en función de su longitud de onda teniendo de onda larga y corta, dentro de estos grupos tenemos varios tipos, es lo que llamamos espectro electromagnético.
Figura 2. Espectro electromagnético
La radiación solar que nos llega tiene la siguiente distribución:
- 9% ultravioleta
- 45% visible
- 46% infrarrojo
Parte de esta radiación sufre durante su recorrido por la atmósfera terrestre una serie de procesos por parte de los gases que componen la misma muy a tener en cuenta, como son la difusión, reflexión y absorción. Por ejemplo el ozono y el oxígeno presente en la atmósfera absorben la radicación de tipo ultravioleta tan perjudicial para nuestra piel por su gran contenido energético. La radiación que proviene del sol del tipo visible e infrarrojo es absorbida y reflejada por parte de gases como el CO2, el vapor de agua o las propias partícula en suspensión que pueden haber flotando (polvo).
Solo una parte llega a la tierra, y esta radiación puede a la vez ser absorbida por la tierra, calentándola, o reflejada por la superficie terrestre volviéndola a emitir hacia la atmósfera donde vuelve a pasar por el filtro de los procesos de absorción, reflexión etc, o simplemente vuelve al espacio exterior. Pero claro, hay una parte que es absorbida por la Tierra la cual calienta al planeta y le concede cierta temperatura (15ºC más o menos) y por tanto si tiene temperatura emite radiación, ya que todo cuerpo con temperatura necesariamente emite radiación (hasta nosotros mismos) según la ley de Stefan-Boltzmann. Por tanto la tierra vuelve a emitir radiación que vuelve a pasar por la atmósfera donde sufre los procesos ya comentados.
Aquí tenéis un dibujo del resumen del balance de radiación solar, que parte de 341 w/m2 que es la cantidad de radiación que se calcula que llega a la tierra, es decir a un metro cuadrado de la tierra le llegan 341 vatios.
Figura 3. Balance de radiación solar.
Después de esta parrafada llega lo interesante en lo referente a los satélites meteorológicos, ya que los sensores ubicados en los satélites pueden detectar una señal electromagnética (radiación) emitida o relejada por la atmósfera o por la tierra, para tratarla y convertirla en una magnitud. Los sensores también pueden emitir una señal y en función de cómo esta señal interacciona con la tierra o la atmósfera y es devuelta y captada por el sensor extraen otra magnitud. Estas dos opciones de trabajar es lo que se conoce como teledetección pasiva o activa.
Tipos de satélites:
- Geoestacionarios: Se mantienen siempre encima de un mismo punto acompañando a la tierra en su movimiento. Están ubicados a unos 36000km (ej. METEOSAT).
- Satélites Polares: Estos satélites ya no se mantienen en el mismo puntos si no que hacen como barridos de norte a sur (de polo a polo). Y debido a la rotación de la tierra van observando diferentes zonas de polo a polo.
Imagen 4. Satélite polar (Fuente sat24.com).
Los sensores de los satélites tienen la capacidad de trabajar en diferentes canales, que simplemente corresponden al tipo de radiación del espectro electromagnético. Es decir que los diferentes canales que tienen los sensores son por ejemplo, el visible, el infrarrojo, el UV etc, aunque podemos encontrar nombres diferentes como el canal de vapor de agua, que simplemente corresponde a una parte del espectro del infrarrojo. Cada uno de estos canales tendrá su información puesto que trabaja para una longitud de onda diferente y por tanto captará una información distinta.
Canal VISIBLE
Este canal solo proporciona información sobre las horas diurnas, cuando hay sol. Ponen en manifiesto las diferentes reflectividades de los objetos de la radiación solar que reciben. Simplemente, se mide la radiación que se refleja de radiación solar por parte de un sistema u objeto, puesto que cada superficie refleja de diferente manera. En función de si la reflexión es mayor o menor la imagen que nosotros vemos será más clara o más oscura. Los océanos por ejemplo reflejan muy poco por lo que aparecen oscuros. Las nubes reflejan más cantidad de radiación por lo que tendrán un tono blanco. Pero claro, hay nubes y nubes. Hay nubes que reflejan más radiación que otras, como por ejemplo las más compactas las de más espesor. Esta cualidad nos servirá para localizar nubes de mayor desarrollo vertical (ej. tormentas) por ejemplo, ya que aparecerán con tonos más blancos. Además el brillo de la nube también nos dará información, siendo mayor en aquellas que tienen mayor presencia de agua que de cristales de hielo.
En particular, el canal VIS es muy útil para la localización de estratos bajos y nieblas, rasgos que aparecen difuminados en IR.Las nieblas en el visible se aprecian con una textura uniforme y bordes bien definidos, además de presentar configuraciones estáticas, es decir, no apreciarás movimiento de este manto nuboso. La nieve precipitada se puede observar mediante un blanco muy brillante sobre la superficie terrestre.
En este canal se puede utilizar el efecto de la sombra para identificar ciertos elementos o magnitudes como la altura. Esto sucede cuando las estructuras más altas hacen sombra sobre las más bajas. Por ejemplo se puede observar donde están los máximos desarrollos en un área de nubosidad convectiva, los "overshootings", puesto que son las partes más altas de la nube y son los primeros iluminados por el sol. De igual forma, las nubes de poco espesor y formadas por cristales de hielo, como es el caso de los cirros, que dan muy poca señal en este canal, a veces se pueden detectar gracias a la sombra que proyectan sobre la tierra.
Imagen 5. Niebla valle del Río Duero (Fuente sat24.com).
En lo referente a la superficie, las zonas con más vegetación absorben más radiación por lo que serán zonas más oscuras que otras con menor índice de vegetación.
Canal INFRARROJO
Este canal ofrece imágines tanto de día y de noche, permitiendo determinar la temperatura de la cima de las nubes y de la superficie. Todo cuerpo con una cierta temperatura emite una radiación, según la temperatura media de la tierra (15ºC) la radiación que emite esta es del tipo infrarrojo. Además se puede conocer la máxima longitud de onda que puede emitir la radiación de un cuerpo, por tanto podemos ajustar el sensor para que capte la señal de un rango de radiaciones que comprenda la radiación tanto emitida por la atmósfera (nubes) como por la superficie terrestre. Esta es la manera de trabajar del canal infrarrojo. En definitiva un mapa del meteosat en el canal infrarrojo es un mapa térmico. Lo que hay que tener en cuenta es que los cuerpos fríos, los cuales emiten menor radiación, tendrán unos colores más blancos mientras que objetos cálidos como puede ser la arena de un desierto tendrán tonos oscuros. En lo referente a las nubes, las más altas tendrán un color más blanco que las bajas puesto que las nubes altas o de gran desarrollo vertical adquieren temperaturas más frías.
Imagen 6. Imagen Infrarrojo con nubes altas o de desarrollo vertical (blancas) y bajas (oscuras) (Fuente AEMET).
Canal de VAPOR DE AGUA
Nos proporciona la cantidad de agua en la alta troposfera. Este canal se basa en la absorción de la radiación terrestre por parte del vapor de agua presente en la atmósfera. Esta absorción de radiación infrarroja es máxima entre 5,7 y 7,1 micro micras. Una zona oscura en un mapa de este canal corresponde a una zona de poco contenido de vapor de agua y viceversa. Las zonas brillantes y blancas por tanto corresponderán a nubes medias y altas o zonas con mucha humedad libres de atmósfera.
Atendiendo a la termodinámica una zona oscura podrá corresponder a una zona de aire frío por tener menos contenido de vapor de agua. Además este canal es muy útil para identificar estructuras algo más complejas como corriente en chorro, vorticidad, depresiones aisladas en altura etc.
En la imagen de la figura, se muestran algunas configuraciones básicas:
(A) Bandas oscuras alargadas asociadas a máximos de viento
(B) Hundimiento de la estratosfera con tonos grisáceos alternando con bandas oscuras.
(C) Tonos oscuros asociados con subsidencia generalizada corriente abajo de una dorsal marcada.
(D) Tonos grisáceos moteados de blanco que indican la presencia de una masa fría en la troposfera media (alrededor de 500mb) con convección profunda que inyecta vapor de agua desde niveles bajos hacia la troposfera media/alta
Imagen 7. Elementos básicos en canal visible (Fuente AEMET)
Fuente:
- AEMET: Satélites Meteorológicos.
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