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Meteorología

Las ondas del pronóstico

Un radar meteorológico construido en Brasil prevé lluvias con tres horas de antelación

ILUSTRAÇÃO SOBRE FOTO ARUN KULSHRESHTHA / WIKIMEDIADurante una tarde de febrero de 2008, el sistema de alerta de la Defensa Civil de la ciudad de Baruerí, Región Metropolitana de São Paulo, recibió una información de pronóstico de tempestad para las próximas dos o tres horas, directamente desde el sistema de radar meteorológico mantenido por una asociación entre la municipalidad y el Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la Universidad de São Paulo (USP). El personal de Defensa Civil aisló inmediatamente algunas áreas, fundamentalmente las de laderas, y evitó probablemente la muerte de habitantes de dos casas que fueron destruidas con  aquellas lluvias. Este ejemplo muestra la importancia del monitoreo inmediato del tiempo en una región como la de São Paulo, de alta concentración urbana.

El radar meteorológico que efectúa el monitoreo de nubes y la aproximación de tempestades, de granizo y la velocidad de los vientos, además de medir otra serie de variables del tiempo, constituye un instrumento que forma parte de la rutina de los investigadores de meteorología del IAG-USP desde 2007. Fue financiado por la FAPESP por medio del Programa Sistema Integrado de Hidrometeorología del Estado de São Paulo (Sihesp), una asociación entre el Consejo de Hidrometeorología (Cehidro) y la actual Secretaría de Desarrollo del estado. El proyecto y el montaje estuvieron a cargo de la empresa paulistana Atmos, que utilizó instrumentos y software importados, sumados a la tecnología nacional. El radar móvil está instalado en un camión, con una  antena multidireccional, equipos y computadoras, además de un generador alimentado con gasoil, que lo hacen capaz de operar en cualquier lugar. Bajo la coordinación del profesor Augusto José Pereira Filho, del Laboratorio de Hidrometeorología (Labhidro) del IAG, dicho radar forma parte de un sistema de pronóstico hidrometeorológico que incluye los modelados atmosféricos y hidrológicos destinados a dar apoyo al pronóstico de lluvias intensas y de posibilidad de inundaciones y al pronóstico del tiempo con hasta dos días de antelación realizado por medio de otro sistema de previsión numérica, denominado Advanced Regional Prediction System (ARPS). Las precipitaciones severas previstas con este sistema se monitorean con el radar del IAG, que permite efectuar un minucioso pronóstico con dos o tres horas de antelación para el área de cobertura del equipamiento.

AUGUSTO PEREIRA FILHO / IAG-USPRadar en Baruerí: investigación y monitoreo de lluviasAUGUSTO PEREIRA FILHO / IAG-USP

“Los radares móviles son más indicados para la investigación, y los principales se encuentran en Estados Unidos y en Japón. En Estados Unidos se utilizan mucho para monitorear tornados. Nuestro radar es el primero del mundo que será operado con  objetivos operativos y de investigación”, dice Pereira Filho. En un radio de acción de 150 kilómetros, este radar permite el monitoreo y el pronóstico de la lluvia que abarca parte de Vale do Paraíba, Baixada Santista, Serra do Mar, Campinas, Región Metropolitana de São Paulo y parte de la zona oeste del estado. Con el mismo es posible analizar una mayor incidencia de lluvias en la Región Metropolitana de la capital y menor alrededor de las ciudades, en días de tempestades aisladas, como en los manantiales. Llueve más en las ciudades porque el aire se calienta cerca de la superficie terrestre como consecuencia de la acumulación de concreto y asfalto en el área urbana, que absorben la energía solar y la devuelven bajo la forma de calor. Principalmente en el verano, el aire seco y cálido muchas veces se mezcla con el aire húmedo y frío proveniente de la brisa que viene del océano. El resultado es la formación rápida de tempestades y chaparrones de lluvia fuerte, ráfagas de viento, granizo, descargas eléctricas y, como consecuencia de ello, inundaciones y deslizamientos de tierra. “Lo que tenemos en São Paulo, en el caso de las lluvias fuertes e inundaciones, es una formación local, muy particular, de eventos meteorológicos, en un nivel de microclima”, concluye Pereira Filho. Solamente en 2010, un año que ya había sido pronosticado por Pereira Filho como muy lluvioso, el sistema de pronóstico emitió más de 50 alertas de tempestades. “La cantidad de lluvias fuertes en enero último también tuvo relación con el fenómeno climático El Niño, asociado con  temperaturas de la superficie del Océano Atlántico Sur superiores a lo normal, lo que inyectó en la atmósfera grandes cantidades de humedad, llevadas por las circulaciones atmosféricas al continente.”

El convenio entre el IAG y la municipalidad de Baruerí que da apoyo a ese sistema se suscribió en 2008. “Esto hizo posible quecapacitásemos al personal de Defensa Civil de la ciudad para operar el radar las 24 horas durante el período lluvioso, de septiembre a marzo”. El radar móvil también se utiliza en la enseñanza y la investigación de grado y posgrado en meteorología en el IAG, y en ingeniería ambiental en la Escuela Politécnica de la USP. “Los estudiantes van hasta el radar y verifican cómo se opera el sistema”, dice el profesor Pereira Filho. Actualmente el camión con todo el equipamiento instalado se encuentra estacionado en un terreno elevado en Baruerí. Una gran masa de datos, tales como los mapas de lluvias, el viento y el tamaño de las gotas, se encuentra a disposición en el sitio del Labhidro para las defensas civiles, las secretarías estaduales y demás órganos públicos que cuenten con meteorólogos. La página inicial del sitio: www.labhidro.iag.usp.br, es abierta al público y contiene el pronóstico del tiempo con temperatura, humedad, vientos y lluvias, además de los boletines de alertas de tempestades. El volumen de información que genera el radar es muy grande: son alrededor de 10 megabytes (MB) cada cinco minutos. En total son 20 productos que están disponibles. “Hemos alcanzado la marca de miles de usuarios en días de mucha lluvia”, dice. Las informaciones captadas por el radar se envían al IAG mediante un sistema de microondas, y los datos se almacenan en un servidor. Son archivos que muestran los diversos fenómenos monitoreados, desde la formación de nubes hasta la disipación de las tempestades. Los registros rápidos y acelerados hacen fácil la comprensión del fenómeno en la pantalla de la computadora por parte de los legos.

Un radar muestra una tempestad en la capital. Al lado, un software “ve” la cantidad de agua existente dentro de las nubes

La secuencia de recabado de datos del radar se rompió principalmente en 2009. “En el verano de aquel año no pudimos hacer un relevamiento pues el radar estuvo parado seis meses debido a problemas técnicos”, dice Pereira Filho. Además del radar, el equipo del profesor, formado por docentes, alumnos del IAG y el personal capacitado de la municipalidad de Baruerí, cuenta con otras dos estaciones meteorológicas terrestres y sensores de medición de humedad del suelo y espectro de gotas, entre otros aparatos, adquiridos con recursos de la FAPESP en el marco del mismo proyecto del Sihesp, que apuntaba a dar soporte a las instituciones de investigación del estado en la compra de instrumental para estudios de tiempo y clima. Una estación está instalada en el Parque de Ciencia y Tecnología (Cientec) de la USP, en la zona sur de São Paulo, y otro en el campus de la USP Este. En el marco del mismo programa también se refaccionaron los radares meteorológicos de Baurú y Presidente Prudente, como así también el del Instituto de Investigaciones Meteorológicas (Ipmet) de la Universidad Estadual Paulista (Unesp), y se instaló un  sistema de computación para procesar las informaciones climáticas del estado en el IAG.

Formación empresarial
El Programa Sihesp y la FAPESP resolvieron en 2005 confiar la construcción del radar meteorológico móvil a Atmos, la única empresa brasileña que presentó una propuesta, pues la Fundación prefirió fortalecer la presencia de una compañía nacional en el suministro de este tipo de equipamientos. Con sede en São Paulo, Atmos fue fundada en 2004 como brazo de la Fundación Aplicaciones de Tecnologías Críticas, Atech, una organización de derecho privado y sin fines de lucro creada en 1997 para integrar el Sistema de Vigilancia de la Amazonia (Sivam), y que actualmente presta servicios para los sistemas de control de tráfico aéreo brasileño. Atmos también posee otra empresa en su formación: Omnisys, que desarrolla y efectúa el mantenimiento de sistemas de radares de tráfico aéreo. Atech y Omnisys construyeron un radar meteorológico fijo en Mogi das Cruzes con base en la experiencia del Sivam, que sirvió de experimentación para la creación de Atmos.

“Para producir el radar móvil, el profesor Augusto suministró los requisitos técnicos necesarios y nosotros intentamos atender y resolver los desafíos electrónicos y mecánicos, tales como desarrollar el pedestal de la antena y cancelar la suspensión del camión convencional por un sistema neumático que inhibe la vibración”, dice Claudio Carvas, director presidente de Atmos. Una de las necesidades era que el radar funcionase en banda X, designación de frecuencia electromagnética que funciona en 9,4 gigahertz (GHz), recomendable para monitorear la atmósfera, medir el volumen de las nubes y la cantidad de agua que caerá en un determinado período. La llamada banda S, empleada en otros radares meteorológicos, opera en la frecuencia de 2,8 GHz. La banda X funciona bien hasta un radio de 150 kilómetros (km), mientras que la banda S llega hasta los240 km.

El radar, denominado MXPol por el Labhidro, sigla en inglés de banda X de movilidad y polarización vertical y horizontal, tiene una potencia pico de 80 kilovatios (kW). Esto significa que el radar transmite pulsos estrechos de alta potencia que se propagan en la atmósfera y llegan a fenómenos atmosféricos tales como nubes, lluvias, granizo y nieve”, dice Paulo Eduardo Martins, gerente técnico del proyecto de Atmos. Otra ventaja del radar móvil explicitada por el profesor Pereira Filho es su doble polarización, una técnica que permite observar el fenómeno en la franja vertical y horizontal. Es posible analizar el interior de las nubes mediante un  software e identificar la cantidad de agua o granizo, y no solamente visualizar esas formaciones de abajo hacia arriba. Otro recurso, el sistema Doppler, permite detectar el desplazamiento de las nubes y las tempestades.

Un pedestal innovador
Para montar el radar móvil, que contó con un presupuesto de 2 millones de reales, el proyecto hizo posible la compra en Brasil de un camión de serie, un generador de gasoil, un aparato de aire acondicionado, racks y el contenedor, además de la importación dos sistemas de transmisión, recepción, procesadores digitales, software y computadoras desde Estados Unidos, motores de antena desde Italia, y un reflector desde Finlandia. Atmos desarrolló un sistema innovador para el pedestal de la antena parabólica de2,44 metros de diámetro, que no requiere lubricación con aceite. Las pruebas de evaluación y adaptación antes de la entrega estuvieron a cargo del ingeniero francés Frédéric Cazenave, investigador del Laboratorio de Hidrología de la Universidad de Grenoble.

Como muchos de los equipos y software se importan todavía, y muchas veces a precios elevadísimos, Atmos resolvió desarrollar productos para radares en el país. El primero, mediante un proyecto del programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe) de la FAPESP, coordinado por el director técnico de la empresa, Fábio Fukuda, fue un receptor digital para radar. “Ese aparato procesa para el software las señales recibidas de una manera mucho más precisa que los receptores analógicos empleados actualmente. Desarrollamos este artefacto para su uso en nuestros radares y para vendérselo a otros fabricantes”, dice Martins. Este producto solamente es fabricado por empresas alemanas y estadounidenses. Otro desarrollo de la empresa es un software de meteorología que genera todos los productos (información de nubes, granizo, gotas de lluvia, vientos etc.) recibidos desde el procesador de señales del radar. “En la actualidad sólo existe ese software afuera, a un precio de licencia de hasta 200 mil dólares por cada radar”, dice Carvas. Para desarrollar este producto, la empresa consiguió la aprobación en 2007 de un proyecto en el marco del Programa Subvención Económica de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep) por valor de 855 mil reales.

Además de construir y desarrollar equipos, la empresa presta servicios de mantenimiento para radares de vigilancia aérea de la Aeronáutica y control de tráfico aéreo, y le venderá servicios de meteorología a la empresa Somar, de São Paulo, con el radar de Mogi, que será trasladado en los próximos meses a la autopista Imigrantes para lograr una mejor posición. “Hicimos también la actualización y la reformulación de los radares del portaaviones São Paulo. Y también hicimos reparaciones en generadores de frecuencia en bandas S y X para seis corvetas de la Armada brasileña. Actualmente tenemos 25 ingenieros dentro del Centro de Mantenimiento de Sistemas de la Marina”, dice Carvas. Atmos mantiene a su vez una serie de alianzas internacionales con empresas de Estados Unidos y Europa, de provisión en nichos tecnológicos tales como los de equipamientos de aproximación de aeronaves en aeropuertos, radares de uso militar y equipamientos de vigilancia para la gestión de tráfico aéreo basada en informaciones de posicionamiento vía GPS.

La perspectiva de nuevos radares instalados en el país es grande. En Brasil existen 25 radares meteorológicos, 17 de ellos vinculados al control de tráfico aéreo. “Para que el país esté bien cubierto, se necesitarían alrededor de 400. En Estados Unidos existen redes con hasta 200 radares meteorológicos”, dice Martins.

Los proyectos
1. Sistema de pronóstico hidrometeorológico para la Cuenca del Alto Tietê (nº 01/13952-2); Modalidad Sistema Integrado de Hidrometeorología del Estado de São Paulo (Sihesp); Coordinador Augusto José Pereira Filho – USP; Inversión R$ 1.820.586,34 y US$ 409.727,04 (FAPESP)
2. Desarrollo de receptor digital para radares meteorológicos Doppler (nº 06/51396-8); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Coordinador Fábio Haruo Fukuda – Atmos; Inversión R$ 94.773,75 y US$ 43.549,52 (FAPESP)

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