Radiosonda - Radiosonde

Radiosondas modernas que muestran el progreso de la miniaturización
Una sonda GPS , aproximadamente 220 × 80 × 75 mm (8,7 × 3,1 × 3 pulg.) (Con una estación de conexión a tierra en el fondo, que se utiliza para realizar una 'comprobación de suelo' y también reacondicionar el sensor de humedad)

Una radiosonda es un instrumento de telemetría que funciona con baterías y que se transporta a la atmósfera generalmente mediante un globo meteorológico que mide varios parámetros atmosféricos y los transmite por radio a un receptor terrestre. Las radiosondas modernas miden o calculan las siguientes variables: altitud , presión , temperatura , humedad relativa , viento ( velocidad y dirección del viento ), lecturas de rayos cósmicos a gran altitud y posición geográfica ( latitud / longitud ). Las radiosondas que miden la concentración de ozono se conocen como ozonosondas.

Las radiosondas pueden funcionar a una frecuencia de radio de 403 MHz o 1680 MHz. Una radiosonda cuya posición se rastrea a medida que asciende para proporcionar información sobre la velocidad y la dirección del viento se denomina sonda de viento ("sonda de viento de radar"). La mayoría de las radiosondas tienen reflectores de radar y técnicamente son radiosondas. Una radiosonda que se deja caer desde un avión y cae, en lugar de ser transportada por un globo, se llama sonda de caída . Las radiosondas son una fuente esencial de datos meteorológicos y diariamente se lanzan cientos de ellas en todo el mundo.

Historia

Cometas utilizadas para volar un meteógrafo
Meteógrafo utilizado por la Oficina Meteorológica de EE. UU. En 1898
El personal de la Oficina de Normas de los EE. UU. Lanza una radiosonda cerca de Washington, DC en 1936
Marineros estadounidenses lanzando una radiosonda durante la Segunda Guerra Mundial

Los primeros vuelos de instrumentos aerológicos se realizaron en la segunda mitad del siglo XIX con cometas y meteogramas , un dispositivo registrador de presión y temperatura que se recuperaba tras el experimento. Esto resultó ser difícil porque las cometas estaban unidas al suelo y eran muy difíciles de maniobrar en condiciones de rachas. Además, el sondeo se limitó a bajas altitudes debido al vínculo con el suelo.

Gustave Hermite y Georges Besançon , de Francia, fueron los primeros en 1892 en usar un globo para volar el meteógrafo. En 1898, Léon Teisserenc de Bort organizó en el Observatoire de Météorologie Dynamique de Trappes el primer uso diario regular de estos globos. Los datos de estos lanzamientos mostraron que la temperatura bajó con la altura hasta una cierta altitud, que varió con la temporada, y luego se estabilizó por encima de esta altitud. El descubrimiento de De Bort de la tropopausa y la estratosfera se anunció en 1902 en la Academia de Ciencias de Francia. Otros investigadores, como Richard Aßmann y William Henry Dines , trabajaban al mismo tiempo con instrumentos similares.

En 1924, el coronel William Blaire del Cuerpo de Señales de los Estados Unidos hizo los primeros experimentos primitivos con mediciones meteorológicas desde globos, haciendo uso de la dependencia de la temperatura de los circuitos de radio. La primera radiosonda verdadera que envió telemetría codificada precisa desde sensores meteorológicos fue inventada en Francia por Robert Bureau  [ fr ] . Bureau acuñó el nombre de "radiosonda" y voló el primer instrumento el 7 de enero de 1929. Desarrollado de forma independiente un año después, Pavel Molchanov voló una radiosonda el 30 de enero de 1930. El diseño de Molchanov se convirtió en un estándar popular debido a su simplicidad y porque convertía el sensor lecturas al código Morse , lo que facilita su uso sin equipo especial o capacitación.

Trabajando con una sonda Molchanov modificada, Sergey Vernov fue el primero en usar radiosondas para realizar lecturas de rayos cósmicos a gran altura. El 1 de abril de 1935, tomó medidas de hasta 13,6 km (8,5 millas) utilizando un par de contadores Geiger en un circuito de anti-coincidencia para evitar contar lluvias de rayos secundarios. Esta se convirtió en una técnica importante en el campo, y Vernov voló sus radiosondas por tierra y mar durante los próximos años, midiendo la dependencia de la latitud de la radiación causada por el campo magnético de la Tierra .

En 1936, la Marina de los EE. UU. Asignó a la Oficina de Estándares de los EE. UU. (NBS) que desarrollara una radiosonda oficial para que la usara la Marina. La NBS le dio el proyecto a Harry Diamond , quien anteriormente había trabajado en radionavegación e inventó un sistema de aterrizaje ciego para aviones. La organización dirigida por Diamond finalmente (en 1992) se convirtió en parte del Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU . En 1937, Diamond, junto con sus asociados Francis Dunmore y Wilbur Hinmann, Jr., crearon una radiosonda que empleaba modulación de subportadora de audiofrecuencia con la ayuda de un oscilador de relajación con capacidad de resistencia. Además, esta radiosonda NBS era capaz de medir la temperatura y la humedad a mayores altitudes que las radiosondas convencionales en ese momento debido al uso de sensores eléctricos.

En 1938, Diamond desarrolló el primer receptor terrestre para la radiosonda, lo que provocó el primer uso de servicio de las radiosondas NBS en la Marina. Luego, en 1939, Diamond y sus colegas desarrollaron una radiosonda terrestre llamada "estación meteorológica remota", que les permitió recopilar automáticamente datos meteorológicos en lugares remotos e inhóspitos. En 1940, el sistema de radiosondas NBS incluía un impulsor de presión, que medía la temperatura y la humedad en función de la presión. También recopiló datos sobre el grosor de las nubes y la intensidad de la luz en la atmósfera. Debido a esta y otras mejoras en el costo (alrededor de $ 25), el peso (> 1 kilogramo) y la precisión, se produjeron cientos de miles de radiosondas de estilo NBS en todo el país con fines de investigación, y la Oficina Meteorológica de EE. UU. Adoptó oficialmente el aparato.

Diamond recibió el premio de ingeniería de la Academia de Ciencias de Washington en 1940 y el premio IRE Fellow (que más tarde pasó a llamarse Harry Diamond Memorial Award) en 1943 por sus contribuciones a la radio-meteorología.

La expansión de los servicios gubernamentales de predicción meteorológica económicamente importantes durante la década de 1930 y su creciente necesidad de datos motivaron a muchas naciones a comenzar programas regulares de observación de radiosondas.

En 1985, como parte de la Unión Soviética 's programa Vega , las dos Venus sondas, Vega 1 y Vega 2 , cada uno de caer una radiosonda en la atmósfera de Venus . Las sondas se rastrearon durante dos días.

Aunque la detección remota moderna por satélites, aviones y sensores terrestres es una fuente creciente de datos atmosféricos, ninguno de estos sistemas puede igualar la resolución vertical (30 m (98 pies) o menos) y la cobertura de altitud (30 km (19 millas)) de observaciones de radiosondas, por lo que siguen siendo esenciales para la meteorología moderna.

Aunque se lanzan cientos de radiosondas en todo el mundo todos los días durante todo el año, las muertes atribuidas a las radiosondas son raras. El primer ejemplo conocido fue la electrocución de un instalador de líneas en los Estados Unidos que intentaba liberar una radiosonda de las líneas eléctricas de alta tensión en 1943. En 1970, un Antonov 24 que operaba el vuelo 1661 de Aeroflot sufrió una pérdida de control después de golpear una radiosonda en vuelo. resultando en la muerte de las 45 personas a bordo.

Operación

Un globo de goma o látex lleno de helio o hidrógeno eleva el dispositivo a través de la atmósfera . La altitud máxima a la que asciende el globo está determinada por el diámetro y el grosor del globo. Los tamaños de los globos pueden variar de 100 a 3000 g (3,5 a 105,8 oz). A medida que el globo asciende a través de la atmósfera, la presión disminuye, lo que hace que el globo se expanda. Eventualmente, el globo se expandirá hasta el punto que su piel se romperá, terminando el ascenso. Un globo de 800 g (28 oz) explotará a unos 21 km (13 mi). Después de estallar, un pequeño paracaídas en la línea de soporte de la radiosonda la lleva a la Tierra. Un vuelo típico de radiosonda dura de 60 a 90 minutos. Una radiosonda de la base aérea de Clark , Filipinas, alcanzó una altitud de 155.092 pies (47.272 m).

La radiosonda moderna se comunica vía radio con una computadora que almacena todas las variables en tiempo real. Las primeras radiosondas se observaron desde el suelo con un teodolito y solo dieron una estimación del viento por posición. Con la llegada del radar por parte del Cuerpo de Señales, fue posible rastrear un objetivo de radar llevado por los globos con el radar SCR-658 . Las radiosondas modernas pueden utilizar una variedad de mecanismos para determinar la velocidad y la dirección del viento, como un radiogoniómetro o GPS . El peso de una radiosonda suele ser de 250 g (8,8 oz).

A veces, las radiosondas se despliegan lanzándose desde un avión en lugar de ser transportadas en alto por un globo. Radiosondas desplegado de esta manera son llamados radiosondas .

Lanzamientos de radiosondas de rutina

En todo el mundo hay alrededor de 1.300 sitios de lanzamiento de radiosondas. La mayoría de los países comparten datos con el resto del mundo a través de acuerdos internacionales. Casi todos los lanzamientos de radiosondas de rutina ocurren 45 minutos antes de la hora oficial de observación de las 00:00 UTC y las 12:00 UTC, para proporcionar una instantánea instantánea de la atmósfera. Esto es especialmente importante para el modelado numérico . En los Estados Unidos, el Servicio Meteorológico Nacional tiene la tarea de proporcionar observaciones oportunas en altitud para su uso en pronósticos meteorológicos , alertas y advertencias meteorológicas severas e investigación atmosférica. El Servicio Meteorológico Nacional lanza radiosondas desde 92 estaciones en América del Norte y las Islas del Pacífico dos veces al día. También apoya la operación de 10 sitios de radiosondas en el Caribe .

Se puede encontrar una lista de los sitios de lanzamiento terrestres operados por EE. UU. En el Apéndice C, Estaciones Rawinsonde terrestres de EE. UU. Del Manual Meteorológico Federal # 3, titulado Observaciones Rawinsonde y Pibal, con fecha de mayo de 1997.

Usos de las observaciones del aire en altura

Los datos brutos del aire superior son procesados ​​de forma rutinaria por supercomputadoras que ejecutan modelos numéricos. Los pronosticadores a menudo ven los datos en un formato gráfico, trazados en diagramas termodinámicos como diagramas Skew-T log-P , tephigrams o diagramas Stüve , todos útiles para la interpretación del perfil termodinámico vertical de temperatura y humedad de la atmósfera, así como la cinemática. de perfil de viento vertical.

Los datos de las radiosondas son un componente de crucial importancia en la predicción meteorológica numérica. Debido a que una sonda puede derivar varios cientos de kilómetros durante el vuelo de 90 a 120 minutos, puede existir la preocupación de que esto pueda introducir problemas en la inicialización del modelo. Sin embargo, esto no parece ser así, excepto quizás a nivel local en las regiones de la corriente en chorro de la estratosfera.

Regulaciones de radio

Según el artículo 1.109 del Reglamento de Radiocomunicaciones (RR) de la UIT de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT ):

Una radiosonda es un transmisor de radio automático del servicio de ayudas meteorológicas que suele llevarse en una aeronave , globo libre , cometa o paracaídas, y que transmite datos meteorológicos. Cada transmisor radioeléctrico será clasificado por el servicio de radiocomunicaciones en el que opere de forma permanente o temporal.

Ver también

Referencias

enlaces externos