La propagación anómala del radar

Hoy en día, el radar meteorológico es una de las herramientas más importantes a disposición del predictor meteorológico, y aunque se trata de un equipo costoso, sus beneficios compensan con creces la inversión efectuada, estando presente en la mayoría de los países del mundo. Lo encontramos en numerosas aplicaciones de móvil, pero en ocasiones puede mostrar lluvia en tu zona y sin embargo no estar lloviendo o viceversa. En este artículo, abordaremos el por qué suelen ocurrir estos errores.

El funcionamiento del radar meteorológico se basa en la emisión de pulsos electromagnéticos a una frecuencia concreta del orden del microsegundo en una determinada dirección y elevación. En su trayecto, las ondas electromagnéticas pueden interactuar con partículas, especialmente hidrometeoros, que producen fenómenos de refracción y reflexión en todas las direcciones de la onda incidente. Una parte de la radiación difundida es recibida por la antena, amplificada y procesada. Los datos recibidos proporcionan información sobre la distancia a la que se encuentra la partícula, sus dimensiones y, en el caso de los radares más modernos, su velocidad y su composición.

Así el radar meteorológico es un dispositivo de teledetección capaz de detectar gotas de precipitación de un determinado tamaño y calcular su movimiento relativo utilizando el efecto Doppler. A partir de estos datos de reflectividad se puede clasificar el tipo de precipitación convectivo o estratiforme a partir del perfil vertical, incluso distinguir si se trata de nieve, agua nieve o lluvia además de prever su evolución a muy corto plazo.

La estimación de lluvia con radar meteorológico tiene asociadas diferentes fuentes de error. Diversos autores han estudiado y clasificado los diferentes errores que afectan a la estimación de lluvia a partir de datos radar desde hace tiempo agrupándolo de la manera siguiente:
• Errores asociados a la calibración y a problemas de estabilidad de la señal.
• Errores producidos por la atenuación de la señal causada por la precipitación.
• Errores producidos por la intercepción del haz con el terreno u otros blancos no meteorológicos junto con la propagación anómala.
• Degradaciones de las medidas del radar con la distancia debido al aumento de la anchura del haz de muestreo.
• Error debido a la variación vertical de la intensidad de precipitación.
• Error en la conversión Z-R.

¿Qué es la propagación anómala de radar?

La propagación de la señal se ve afectada por las variaciones del índice de refracción en la atmósfera generadas por variaciones locales de la temperatura ó la humedad. También pueden producir ecos de radar las aeronaves, el polvo, los pájaros ó los insectos.

En general el haz de radar sigue el ángulo de inclinación original a medida que atraviesa la atmósfera. La mayoría de los sistemas de radar meteorológico emiten pulsos a diferentes ángulos de elevación que van desde el más bajo de 0,5° hasta el más alto de 19,5°. En condiciones atmosféricas normales (es decir, la temperatura y humedad disminuyen con la altura en la troposfera), los haces siguen las trayectorias que se ilustran en la figura.

Debido a la curvatura terrestre, la altura del haz aumenta conforme se aleja del radar, independientemente del ángulo de la trayectoria. El haz puede desviarse de estas trayectorias dependiendo del índice de refracción del aire, que determina si las ondas electromagnéticas se refractarán o cambiarán de dirección al pasar de un medio a otro. Cuando en la troposfera inferior existe una inversión térmica o un fuerte gradiente vertical de humedad, el índice de refracción puede cambiar con la altura, lo cual esencialmente desvía el haz de radar de su trayectoria.
En condiciones atmosféricas normales, la curvatura del haz de radar es levemente menor que la curvatura terrestre.

Cuando el haz de radar se refracta (desvía) menos de lo que sería el caso en condiciones atmosféricas normales, hablamos de «subrefracción». En estas condiciones, es más probable que el haz del radar pase por encima de un área de interés y que salga más rápidamente por la parte superior de una zona de precipitación. De esta forma podría estar lloviendo en tu zona y no ser detectado por el radar. Se suele producir en condiciones de inestabilidad.

Cuando el haz se refracta más de lo normal, hablamos de «superrefracción». Se produce en situaciones de estabilidad atmosférica.  En algunos casos, en condiciones de estabilidad muy fuerte cuando se produce una inversión atmosférica inmediatamente por encima de la antena se puede llegar a producir el fenómeno de revocación del haz conocido como «ducting» apareciendo espejimos correspondientes a ecos de tierra, o del oleaje, o de cadenas montañosas que habitualmente no ve el radar.

El efecto de superrefracción puede ser tan severo que los pulsos del radar queden «atrapados» en lo que se conoce como «canalización» entre varias inversiones térmicas.

Un ejemplo de ducting

El pasado día 11 de Mayo, las imágenes del radar de Baleares mostraba lo que parecían ser ecos de precipitación sobre el mar. Sin embargo, la forma de los ecos y su persistencia en el tiempo hacian presagiar que se trataba de un espejismo correspondiente a ecos de oleaje.

Al comprobar el radiosondeo previsto para la zona podía apreciarse una inversión térmica, siendo esta la responsable del fenómeno de revocación del haz del radar.

En Meteoclim tratamos las imágenes de radar con las que trabajamos en nuestras herramientas con el fin de eliminar los ecos de radar que no corresponden a precipitación. Aunque es una técnica compleja, ya que, como consecuencia de esto, podrían ser eliminados ecos reales de precipitación, trabajamos continuamente en ello para evitar estos problemas.

Bibliografía:

• Buil Martínez, A. Nowcasting probabilístico basado en observaciones de lluvia con radar meteorológico. Tesis Doctoral. Programa d´Enginyeria Civil. ETSECCPB. Universitat Politècnica de Catalunya (Mayo 2017)
• Observación meteorológica. Paquete de Instrucción Básica para Meteorólogos. Agencia Estatal de Meteorología (AEMet).
• Teledetección. Cuerpo de Observadores de Meteorología del Estado. Agencia Estatal de Meteorología (AEMet).