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Pronósticos del tiempo: los vemos en la televisión y los buscamos en la prensa. Los escu-chamos en la radio y los consultamos en Internet e incluso en las consolas de videojuegos. La previsión meteorológica es un factor importante para preparar una excursión al campo o una jornada de esquí, para decidir la ropa que se debe llevar o para garantizar un tema de conversación intrascendente. Los agricultores se basan en los pronósticos del tiempo para planificar su horario de trabajo. Los pescadores y marineros utilizan los mapas del tiempo para evitar las marejadas y los vientos fuertes que puedan poner en peligro a la tripulación. El sector de la aviación depende de las previsiones meteorológicas para decidir el momen-to de publicar procedimientos de deshielo, organizar el tráfico aéreo a fin de optimizar el consumo de combustible de las aeronaves y sortear peligros relacionados con las condi-ciones ambientales. Las empresas de distribución de electricidad se basan en las predic-ciones del tiempo para prever la demanda de electricidad para el aire acondicionado o la calefacción. La predicción exacta del recorrido de un huracán puede ayudar a salvar vidas. Hay numerosas razones por las que sentimos la necesidad de saber el tiempo que va a hacer en los próximos días u horas.

Pendientes del tiempoMejores previsiones meteorológicas para aumentar la seguridad y el confortLouis Moreau, Marc-André Soucy

Foto: cortesía de NPOESS IPO

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Pendientes del tiempo

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climatológicos reales en un momento dado en la Tierra. Es necesario interpo-lar los parámetros cruciales para com-pensar la poca densidad de las medicio-nes obtenidas en algunas zonas del planeta. La mejor estimación del patrón meteorológico actual en un momento determinado se denomina análisis meteorológico. No debe confundirse con el pronóstico: cuando el análisis se termina, el tiempo ya ha cambiado.

Los análisis meteorológicos los usan los meteorólogos para elaborar modelos numéricos de predicción del tiempo. Se trata de modelos matemáticos que se realizan en computadores muy po-tentes. Los modelos extrapolan al futuro el modelo actual del tiempo para poder hacer previsiones de las condiciones meteorológicas con una antelación de horas o días.

Los instrumentos del presente y del futuro que fabrica ABB ayudarán a comprender mejor la atmósfera de nuestro pla-neta y los complejos pro-cesos químicos y dinámi-cos que se desarrollan sobre nuestras cabezas.

La predicción del tiempo no es una tarea sencilla. La atmósfera es un com-plejo sistema termodinámico, y las con-diciones atmosféricas varían con mucha rapidez. La exactitud de la predicción está limitada por la exactitud de los aná-lisis meteorológicos utilizados, y éstos están limitados por la calidad y la canti-dad de los datos meteorológicos recopi-lados. En un plazo de tres días, la exac-titud media típica de una predicción está entre el 60 % y el 80 % Para predicciones más alejadas en el tiempo, la exactitud se reduce. Los modelos meteorológicos pronostican también las condiciones medias en áreas extensas (típicamente de más de 1.500 km2). No cabe duda de que el tiempo en la realidad no es uniforme en toda la zona de predicción, y aquí reside otra fuente de error. En ocasiones, los resultados de los modelos de predicción numéricos los retocan y ajustan manualmente meteorólogos experimentados para que las prediccio-

instrumentos que llevan los satélites se utilizan asimismo para calcular la tempe-ratura de la superficie, la humedad, la altura de las nubes, la concentración de determinadas sustancias químicas, etc. En la previsión meteorológica se em-plean dos tipos de satélites. Algunos instrumentos se colocan en satélites geosincrónicos, que describen una órbi-ta situada a unos 36.000 kilómetros de altitud a la misma velocidad de rotación que la Tierra, de modo que el satélite permanece fijo con respecto a ella. De este modo, los instrumentos pueden controlar constantemente una zona amplia del planeta. Otros instrumentos, colocados en satélites que se encuentran a menor altitud (que giran en torno a la Tierra mucho más deprisa), sirven para recopilar datos con una resolución espa-cial mucho más precisa, pero no cons-tantemente (lo habitual es que lo hagan dos veces al día y sobre todos los pun-tos del planeta). Por regla general, la información meteorológica recogida de los actuales satélites es menos precisa, más aproximada que los datos que se obtienen de las estaciones meteorológi-cas, pero aquéllos ofrecen datos de casi todo el planeta.

La mayoría de los países comparten de manera gratuita la información meteoro-lógica que recogen. Todos estos datos son después procesados por las agen-cias e introducidos en plantillas norma-lizadas para determinar los patrones

Para emitir pronósticos del tiempo locales a los usuarios finales, las

agencias meteorológicas necesitan infor-mación sobre los patrones climatológi-cos en zonas extensas del planeta. En consecuencia, es necesario realizar me-diciones en tiempo real de la temperatu-ra, la presión, la humedad, la velocidad y la dirección del viento, la visibilidad y la formación de nubes. Varios paráme-tros exigen no sólo datos relativos a las condiciones reinantes en la superficie terrestre, sino también mediciones de las condiciones en distintas altitudes.

Los datos meteorológicos los obtienen observadores profesionales o estaciones meteorológicas en lugares fijos situados en tierra firme o en boyas marinas. Algunas de estas estaciones –unas 800 en todo el mundo– utilizan también globos con radiosondas para recoger datos meteorológicos desde el nivel de la superficie terrestre hasta una altura de 30 km. Cada estación suele lanzar nor-malmente dos globos sonda al día. Los datos meteorológicos los proporcionan también los aviones comerciales y algu-nos buques.

La información obtenida de los satélites está también muy generalizada. Las imá-genes obtenidas del espacio son muy útiles en la observación de los patrones de formación de nubes sobre la Tierra y para determinar el movimiento de las masas de aire a escala planetaria. Los

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cas. Lo pueden hacer periódi-camente o tras un fenómeno anómalo como un incendio en una planta química.

Por ejemplo, la Agencia de Protección Medioambiental de los Estados Unidos utiliza un avión que lleva un espectró-metro fabricado por ABB. Este instrumento sirve para medir la concentración de diversos productos químicos en la atmósfera. El avión forma parte de un programa deno-minado ASPECT (siglas en inglés de “tecnología de reco-gida ambiental fotométrica espectral de partículas en el aire”). Es un sistema de res-

puesta ante emergencias activo en todo momento y capaz de representar la dis-tribución de sustancias químicas peligro-sas en el aire. Este instrumento se ha desplegado más de 60 veces desde 2001 para averiguar la concentración y la dis-tribución de sustancias químicas poten-cialmente peligrosas después de algún acontecimiento, como la destrucción del transbordador espacial Columbia en 2003, los incendios forestales de Califor-nia o el incendio de una fábrica de metacrilato al sur de Texas en 2005, o para conocer las consecuencias de los huracanes Katrina y Rita en 2005 [3]. Los datos recopilados se usan para realizar estudios de impacto medioambiental, recomendaciones de evacuación, etc.

La agencia de meteorología del Reino Unido cuenta también con un instru-mento de ABB. El dispositivo, llamado ARIES, se fabricó en 1996 y hace poco que se ha actualizado el modelo. Es un instrumento implantado debajo del ala del avión BAE 146-301 para realizar mediciones in situ de los componentes químicos con fines de investigación at-mosférica. Desde 1996, este instrumento ha participado en más de 20 campañas de medición sobre el terreno destinadas

asimismo el equipo de a bordo que se usará para calibrar el instrumento duran-te sus operaciones diarias en el espacio, y ha desarrollado las ecuaciones mate-máticas que se emplearán para calibrar los datos de la CrIS. En comparación con las tecnologías actuales, la CrIS ofrecerá más información y conseguirá unos niveles mayores de precisión. En general, este aparato mejorará la calidad de los datos obtenidos del espa-cio que se emplean en los modelos para la previsión del tiempo [2]. Cuando se lancen estos nuevos satélites, dentro de unos años, está previsto que las pre-visiones del tiempo sean más exactas. ABB realiza en la actualidad una investi-gación con socios europeos y estadouni-denses para estudiar el modo de instalar tecnologías de ABB en la próxima gene-ración de satélites meteorológicos geosincrónicos.

Una vez en funcionamiento, estos ins-trumentos mejorarán la calidad y la can-tidad de la información sobre el tiempo actual. Los consiguientes análisis meteo-rológicos serán más representativos del tiempo. Los pronósticos realizados con los modelos de predicción numéricos serán, por tanto, más precisos.

Además de emitir pronósticos del tiem-po, varias agencias meteorológicas reali-zan también investigaciones para mejo-rar las previsiones o estudiar fenómenos meteorológicos peculiares. Varias agen-cias recopilan también datos sobre la ca-lidad del aire, la contaminación y otros parámetros que no se usan necesaria-mente en las predicciones meteorológi-

nes representen las últimas mediciones locales o caracterís-ticas locales no incluidas en los modelos. He aquí una de las razones por las que las predic-ciones pueden variar entre dis-tintas fuentes de una misma región.

ABB ofrece ahora un producto que se añade al conjunto de instrumentos utilizados para recopilar datos meteorológicos. Este instrumento, llamado AERI (siglas en inglés de “interferó-metro de emisión de radiancia atmosférica”), es un espectró-metro de infrarrojos (IR TF). Los instrumentos AERI se colo-can en el suelo y se utilizan para observar la atmósfera que hay sobre ellos. Miden la radiación infra-rroja procedente de la atmósfera. Las mediciones se usan para calcular los perfiles verticales de temperatura y humedad en las capas bajas de la atmósfera (hasta unos 5 km). Los instru-mentos AERI son totalmente automáti-cos; transmiten los datos por radio a una estación que los recoge cada diez minutos. Se desarrollaron en colabora-ción con la Universidad de Wisconsin, en los Estados Unidos, durante la pasa-da década y ahora empiezan a comer-cializarse. Se han instalado también varias unidades con fines de investiga-ción. Aunque el instrumento AERI no puede medir a la altitud que alcanzan los globos sonda, ofrece datos continua-mente, de día o de noche, y puede instalarse en estaciones meteorológicas automatizadas que no tengan capacidad para lanzar globos sonda [1].

SatélitesABB participa asimismo en el diseño y la fabricación de instrumentos para equipar a la próxima generación de satélites meteorológicos. En 2005, ABB entregó la primera unidad de una serie de interferómetros. Estos aparatos son el núcleo de la nueva sonda atmosférica que llevarán los nuevos satélites meteo-rológicos de los Estados Unidos. La son-da, llamada CrIS (siglas en inglés de “sonda de infrarrojo de trayectoria trans-versal”)1), realizará mediciones que ser-virán para extraer perfiles verticales de temperatura, presión, humedad y ciertas sustancias químicas de la troposfera en casi la totalidad del globo 1 . ABB ofrece

1 Los interferómetros CrIS formarán parte del equipamiento de los nuevos satélites meteorológicos de los Estados Unidos.

Nota a pie de página1) La sonda CrIS sustituirá a la sonda de radiación

infrarroja de alta resolución en la próxima genera-

ción del NPOESS (siglas en inglés de “sistema

nacional de satélites medioambientales de órbita

polar”) de los Estados Unidos. La CrIS ofrecerá

mejores mediciones de los perfiles de temperatura

y humedad atmosféricas, desde una altitud próxima

a los 850 km. Para más información, visite el sitio

http://www.ipo.noaa.gov/.

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GOSAT con un instrumento que incluye un interferómetro realizado por ABB. Este instrumento se utilizará para con-trolar las fuentes de dióxido de carbono cercanas a la superficie terrestre [6]. El dióxido de carbono es uno de los principales gases de efecto invernadero de la atmósfera que influye en el clima del planeta.

Los instrumentos del presente y del futuro que fabrica ABB ayudarán a comprender mejor la atmósfera de nues-tro planeta y los complejos procesos químicos y dinámicos que se desarrollan sobre nuestras cabezas. Permitirán asimismo contar con datos de mayor calidad para mejorar la precisión de las previsiones meteorológicas y, con ello, evitarle a usted chaparrones en días de excursión.

Louis Moreau

Marc-André Soucy

ABB Bomem Inc.

Québec, Canadá

louis.m.moreau@ca.abb.com

marc-andre.a.soucy@ca.abb.com

Referencias

[1] Fixell, P., y cols. (2002) “Near continuous profiling

of temperature, moisture, and atmospheric stabili-

ty using the Atmospheric Emitted Radiance Inter-

ferometer (AERI)”. J. Appl. Meteor.

[2] NOAA, NPOESS Instruments – CrIS,

http://www.ipo.noaa.gov/Technology/cris_sum-

mary.html (enero de 2008).

[3] Kroutil, R. y cols. “Emergency response chemical

detection using passive infrared spectroscopy”,

SPIE (http://spie.org/x8799.xml, enero de 2008).

[4] UK Met Office. “Infrared interferometry using

ARIES”, http://www.metoffice.gov.uk/research/

obr/radtran/ariesinstr.html (enero de 2008).

[5] CSA, SCISAT. “From dawn to twilight”,

http://www.space.gc.ca/asc/eng/satellites/scisat/,

(enero de 2008).

[6] JAXA. “Greenhouse Gases Observing Satellite

(GOSAT)”, http://www.jaxa.jp/projects/sat/gosat/

index_e.html (enero de 2008).

Nota a pie de página2) El satélite canandiense SCISAT ayuda al equipo de

científicos canadienses y de otros países a ampliar

su conocimiento sobre la reducción de la capa de

ozono, con especial atención a los cambios ocurri-

dos en Canadá y el Ártico. El instrumento ACE-FTS

que lleva a bordo el SCISAT mide de manera simul-

tánea la temperatura, los gases traza, las nubes

delgadas y los aerosoles que se encuentran en las

capas altas de la atmósfera, desde una altitud de

650 km.

a aumentar los conocimientos sobre la atmósfera [4].

Uno de los satélites de la agencia espa-cial canadiense, SciSat, va equipado también con un instrumento de ABB 2 . Todos los días obtiene cerca de 2.700 espectros de alta resolución de los nive-les superiores de la atmósfera en la región infrarroja del espectro electro-magnético. El instrumento, que se llama ACE, se emplea sobre todo para medir la concentración de ozono en la estra-tosfera. Este gas bloquea la mayor parte de la radiación ultravioleta nociva pro-cedente del sol. El satélite se lanzó en 2003 y el instrumento ha funcionado impecablemente desde entonces. Los datos recabados con ACE han ayudado también a conocer los procesos quími-cos que provocan la generación y des-trucción del ozono en las capas altas de la atmósfera2) [5].

El año próximo, la agencia espacial de Japón lanzará un satélite nuevo llamado

2 El satélite SciSat, de la agencia espacial canadiense, dispone del ACE-FTS (Experi-mento químico atmosférico – Espectróme-tro con transformada de Fourier de ABB).

Los espectrómetros con transformada de

Fourier (FTS, por sus siglas en inglés) modulan

un haz infrarrojo entrante por selección de lon-

gitudes de onda mediante interferencia óptica.

La intensidad de la luz incidente a se divide

en dos partes por medio de un espejo semi-

rreflectante (componente óptico b ). La por-

ción reflejada recorre dos veces la distancia d1

que separa el espejo móvil c del divisor del

haz. De igual modo, la porción transmitida

recorre dos veces la distancia d2 que separa el

espejo fijo d del divisor del haz. El haz trans-

mitido y el reflejado se superponen en el haz

resultante e , en el que ambos se interfieren

entre sí de manera constructiva o destructiva,

en función de la longitud de onda de la fuente

de luz y de las distancias d1 y d2. Moviendo el

espejo c , la intensidad a la salida del interfe-

Cuadro Espectroscopia con transformada de Fourier

rómetro varía describiendo una función cose-

no a medida que recorre la secuencia que va

desde la interferencia totalmente constructiva

a la totalmente destructiva. La intensidad de

la salida modulada, llamada también interfero-

grama, para una luz monocromática a una

longitud de onda λ (o frecuencia ν ≡ c/ λ) que

entra en el interferómetro viene dada por

donde es la diferencia de

trayectoria óptica entre los dos brazos del

interferómetro, e I0 es la intensidad de la luz

monocromática incidente. Si la luz incidente

es policromática, el interferograma total será

la suma de los interferogramas monocromáti-

cos, es decir:

donde I0 (ν) es el espectro de la luz incidente

policromática. Así pues, el interferograma no

es más que la transformada de Fourier del

espectro de la luz incidente. En consecuen-

cia, el espectro de la radiancia que entra en

el instrumento puede observarse evaluando

la inversa de la transformada de Fourier del

interferograma.

I(x;ν) = I0 cos(2πνx)

I (x) = ∫I0 (ν)cos(2πνx)dv

a

bc

d

e

d1

d2

x ≡ 2(d1 – d

2)