Las estaciones meteorológicas de aeropuertos son conjuntos de sensores automatizados que están diseñados para servir a operaciones meteorológicas y de aviación , pronóstico del tiempo y climatología . Las estaciones meteorológicas automatizadas en los aeropuertos se han convertido en parte de la columna vertebral de la observación meteorológica en los Estados Unidos y Canadá y son cada vez más frecuentes en todo el mundo debido a su eficiencia y ahorro de costos.
En los Estados Unidos, existen varias variedades de estaciones meteorológicas automatizadas que tienen diferencias algo sutiles pero importantes. Estos incluyen el sistema automatizado de observación meteorológica ( AWOS ) y el sistema automatizado de observación de la superficie ( ASOS ).
Las unidades del sistema automatizado de observación meteorológica ( AWOS ) son operadas, mantenidas y controladas principalmente por gobiernos estatales o locales y otras entidades no federales y están certificadas bajo el programa AWOS no federal de la FAA. [2] La FAA completó una actualización de los 230 AWOS propiedad de la FAA y los antiguos sistemas automatizados de sensores meteorológicos (AWSS) a la configuración AWOS-C en 2017. [3] El AWOS-C es el sistema más actualizado propiedad de la FAA Instalación AWOS y puede generar informes meteorológicos de aviación en formato METAR/SPECI. El AWOS-C es funcionalmente equivalente al ASOS. [4] Las unidades AWOS-C propiedad de la FAA en Alaska generalmente se clasifican como unidades AWOS-C IIIP, mientras que todas las demás unidades AWOS-C generalmente se clasifican como unidades AWOS III P/T. [5]
Los sistemas AWOS difunden datos meteorológicos de diversas formas:
Las siguientes configuraciones de AWOS se definen a continuación en términos de qué parámetros miden: [6]
Además, son posibles configuraciones personalizadas como AWOS AV (parámetros AWOS A más visibilidad). Se pueden conectar sensores no certificados a los sistemas AWOS, pero los datos meteorológicos derivados de esos sensores deben identificarse claramente como "avisos" en cualquier mensaje de voz y no pueden incluirse en ninguna observación METAR.
A partir del 22 de mayo de 2022, los siguientes fabricantes proporcionan sistemas AWOS no federales certificados por la FAA: [7]
Las unidades del sistema automatizado de observación de superficies ( ASOS ) son operadas y controladas de manera cooperativa en los Estados Unidos por el NWS, la FAA y el DOD. Después de muchos años de investigación y desarrollo, el despliegue de las unidades ASOS comenzó en 1991 y finalizó en 2004.
Estos sistemas generalmente informan a intervalos de una hora, pero también informan observaciones especiales si las condiciones climáticas cambian rápidamente y cruzan los umbrales de operación de la aviación. Generalmente informan todos los parámetros del AWOS-III, y al mismo tiempo tienen la capacidad adicional de informar la temperatura y el punto de rocío en grados Fahrenheit, el clima actual , la formación de hielo , los rayos , la presión al nivel del mar y la acumulación de precipitaciones .
Además de satisfacer las necesidades de la aviación, ASOS sirve como red principal de observación climatológica en los Estados Unidos y constituye la red de estaciones climáticas de primer orden . Por esta razón, no todos los ASOS están ubicados en un aeropuerto; por ejemplo, una de estas unidades está ubicada en el Castillo Belvedere en Central Park , Nueva York ; otro está situado en el Observatorio Blue Hill, cerca de Boston , Massachusetts .
La FAA ha convertido todas las unidades del sistema automatizado de sensores meteorológicos ( AWSS ) en unidades AWOS III P/T. No quedan sistemas AWSS en el Sistema Nacional del Espacio Aéreo (NAS) de EE. UU. [3]
Las estaciones meteorológicas automatizadas de los aeropuertos utilizan una variedad de equipos sofisticados para observar el tiempo.
La mayoría de las estaciones meteorológicas automatizadas de los aeropuertos más antiguas están equipadas con una veleta mecánica y un sistema de copa para medir la velocidad y dirección del viento. Este sistema tiene un diseño simple: el viento hace girar tres copas giradas horizontalmente alrededor de la base de la veleta, lo que proporciona una estimación de la velocidad del viento, mientras que la veleta en la parte superior gira para que la cara de la veleta ofrezca la menor resistencia al viento. , haciendo que apunte en la dirección de donde viene el viento y proporcionando así la dirección del viento.
La nueva generación de sensores utiliza ondas sonoras para medir la velocidad y dirección del viento. La medición se basa en el tiempo que tarda un pulso ultrasónico en viajar de un transductor a otro, que varía en función, entre otros factores, de la velocidad del viento. El tiempo de tránsito se mide en ambas direcciones para varios (normalmente dos o tres) pares de cabezas de transductor. Con base en esos resultados, el sensor calcula la velocidad y dirección del viento. En comparación con los sensores mecánicos, los sensores ultrasónicos ofrecen varias ventajas, como la ausencia de piezas móviles, capacidades avanzadas de autodiagnóstico y requisitos de mantenimiento reducidos.
Las estaciones NWS y FAA ASOS y la mayoría de las nuevas instalaciones AWOS están actualmente equipadas con sensores de viento ultrasónicos.
A diferencia de todas las demás mediciones, que se realizan entre 3 y 9 pies (0,91 y 2,74 metros) sobre el suelo, la velocidad y dirección del viento se miden a 30 pies (9,1 metros).
Para determinar la visibilidad, las estaciones meteorológicas automatizadas de los aeropuertos utilizan uno de dos tipos de sensores:
El sensor de dispersión frontal utiliza un haz de luz infrarroja que se envía desde un extremo del sensor hacia el receptor, pero desviado de una línea directa al receptor en un cierto ángulo. La cantidad de luz dispersada por las partículas del aire y recibida por el receptor determina el coeficiente de extinción. Luego, esto se convierte en visibilidad utilizando la ley de Allard o Koschmieder.
En un transmisómetro, un haz de luz visible se transmite desde su transmisor al cabezal receptor. El coeficiente de extinción se deriva de la cantidad de luz perdida en el aire.
También hay sensores que, hasta cierto punto, combinan un transmisómetro con un sensor de dispersión frontal.
Los sensores de dispersión frontal son más populares debido a su precio más bajo, tamaño más pequeño y menores requisitos de mantenimiento. Sin embargo, los transmisómetros todavía se utilizan en algunos aeropuertos porque son más precisos en condiciones de baja visibilidad y son a prueba de fallos, es decir, en caso de fallo, informe de una visibilidad inferior a la real.
Los sensores actuales son capaces de informar la visibilidad en un amplio rango. Para fines de aviación, los valores reportados se redondean hacia abajo al paso más cercano en una de las siguientes escalas:
Las estaciones meteorológicas automatizadas de los aeropuertos utilizan un identificador meteorológico de diodo emisor de luz ( LEDWI ) para determinar si está cayendo y qué tipo de precipitación. El sensor LEDWI mide el patrón de centelleo de la precipitación que cae a través del haz infrarrojo del sensor (aproximadamente 50 milímetros de diámetro) y determina a partir de un análisis del patrón del tamaño de las partículas y la velocidad de caída si la precipitación es lluvia o nieve . [10] Si se determina que la precipitación está cayendo, pero el patrón no se identifica de manera concluyente como lluvia o nieve, se informa precipitación desconocida. Las estaciones meteorológicas automatizadas de los aeropuertos aún no pueden informar sobre granizo , bolitas de hielo y otras formas intermedias de precipitación.
Las estaciones meteorológicas automatizadas de los aeropuertos no tienen un sensor separado para detectar oscurecimientos específicos de la visión. En cambio, cuando la visibilidad se reduce por debajo de 7 millas terrestres , el sistema utiliza la temperatura y el punto de rocío informados para determinar un oscurecimiento de la visión. Si la humedad relativa es baja (es decir, hay una gran diferencia entre la temperatura y el punto de rocío), se informa turbidez . Si la humedad relativa es alta (es decir, hay una pequeña diferencia entre la temperatura y el punto de rocío), se informa niebla o neblina , dependiendo de la visibilidad exacta. Se informa niebla cuando la visibilidad es de 1/2 milla o menos; Se informa niebla para visibilidades superiores a 0,5 millas (0,80 km) pero inferiores a 7 millas (11 km). Si la temperatura está por debajo del punto de congelación , [11] [12] la humedad es alta y la visibilidad es de 1/2 milla o menos, se informa niebla helada . [13]
Las estaciones meteorológicas automatizadas de los aeropuertos utilizan un ceilómetro de rayo láser que apunta hacia arriba para detectar la cantidad y la altura de las nubes. El láser apunta hacia arriba y el tiempo necesario para que la luz reflejada regrese a la estación permite calcular la altura de la base de la nube. Debido al área de cobertura limitada (el láser solo puede detectar nubes directamente sobre la cabeza), la computadora del sistema calcula una cobertura y un techo de nubes promedio en el tiempo , que se informa a los usuarios externos. Para compensar el peligro de los rápidos cambios en la cobertura del cielo, el promedio se pondera hacia los primeros 10 minutos del período de promedio de 30 minutos. El alcance del ceilómetro es de hasta 25.000 pies (7.600 m), según el modelo. [14] Las nubes por encima de esa altura no son detectables actualmente por estaciones automatizadas.
Las estaciones meteorológicas automatizadas de los aeropuertos utilizan un sensor de temperatura/punto de rocío (higrotermómetro) diseñado para un funcionamiento continuo que normalmente permanece encendido en todo momento, excepto durante el mantenimiento.
La medición de la temperatura es sencilla en comparación con el punto de rocío. Operando bajo el principio de que la resistencia eléctrica varía con la temperatura, un dispositivo de temperatura resistivo de alambre de platino mide la temperatura del aire ambiente. El termómetro actual de ASOS se denomina HO-1088, aunque algunos sistemas más antiguos todavía utilizan el HO-83.
Por el contrario, la medición del punto de rocío es considerablemente más compleja. El sensor de punto de rocío original implementado en los sistemas ASOS utilizaba un espejo enfriado que se enfría hasta el punto en que se forma una fina película de condensación en la superficie del espejo. La temperatura del espejo en esta condición es igual a la temperatura del punto de rocío. El higrómetro mide el punto de rocío dirigiendo un haz de luz desde un pequeño diodo infrarrojo hacia la superficie del espejo en un ángulo de 45 grados. Se montan dos fototransistores de manera que miden un alto grado de luz reflejada cuando el espejo es claro (directo) y luz dispersada cuando el espejo está nublado con condensación visible (indirecto). Con la formación de condensación en el espejo, el grado de turbidez de la superficie del espejo aumenta, recibiendo el transistor directo menos luz y el transistor indirecto más luz. La salida de estos fototransistores controla el módulo de enfriamiento del espejo, que es una bomba de calor electrónica que funciona de manera muy similar a un termopar a la inversa, produciendo un efecto de calentamiento o enfriamiento. Cuando el sensor se activa por primera vez, el espejo está despejado. A medida que la temperatura de la superficie del espejo se enfría hasta la temperatura del punto de rocío, se forman condensaciones en el espejo. La electrónica intenta continuamente estabilizar los niveles de señal al amplificador de potencia para mantener la temperatura del espejo en el punto de rocío. Si el punto de rocío del aire cambia o si el circuito se ve perturbado por ruido, el circuito realiza las correcciones necesarias para reestabilizarse en el punto de rocío y mantener un funcionamiento continuo.
Debido a problemas con el sensor de espejo enfriado, los sitios NWS ASOS ahora utilizan el sensor DTS1 de Vaisala, que mide la humedad solo mediante capacitancia . El sensor se basa en un elemento de humedad relativa capacitivo de estado sólido que incorpora un pequeño calentador para que el elemento sensor esté siempre por encima de la temperatura ambiente, eliminando la formación de rocío o escarcha. El sensor informa directamente el punto de rocío mediante un cálculo basado en la humedad relativa medida y la temperatura medida del elemento capacitivo calentado. [15]
Los sistemas AWOS más antiguos utilizaban un sensor de punto de rocío de cloruro de litio. Los sistemas AWOS actuales utilizan sensores capacitivos de humedad relativa, a partir de los cuales se calcula el punto de rocío. [dieciséis]
Los datos de un sensor de presión barométrica se utilizan para calcular la configuración del altímetro QNH . Los pilotos confían en este valor para determinar su altitud . Para garantizar una separación segura del terreno y otras obstrucciones, se requiere un alto grado de precisión y confiabilidad de un sensor de presión.
La mayoría de las estaciones meteorológicas de aviación utilizan dos (requeridos para un AWOS) o tres transductores de presión independientes. Los transductores pueden o no compartir sus tubos asociados y puertos externos (diseñados para minimizar el efecto del viento/ráfagas de viento). Si las presiones informadas difieren en más de un máximo preestablecido, los valores de presión se descartan y el ajuste del altímetro no se informa o se informa como "faltante".
El ajuste del altímetro se calcula en función de la presión barométrica, la elevación del sitio, la elevación del sensor y, opcionalmente, la temperatura del aire.
La configuración del altímetro se expresa en pulgadas de mercurio (en pasos de 0,01 inHg) o hectopascales enteros, redondeados hacia abajo.
El dispositivo original de medición de la acumulación de precipitación utilizado en las estaciones meteorológicas automatizadas de los aeropuertos era el pluviómetro de cubo basculante calentado . La parte superior de este dispositivo consta de un colector de 0,30 m (1 pie) de diámetro con la parte superior abierta. El colector, que se calienta para derretir cualquier precipitación congelada como nieve o granizo , canaliza el agua hacia un recipiente giratorio de dos cámaras llamado balde . La precipitación fluye a través del embudo hacia un compartimento del balde hasta que se acumulan 0,01 pulgadas (0,25 mm) de agua (18,5 gramos). Esa cantidad de peso hace que el cubo se incline sobre sus pivotes , arrojando el agua recogida y moviendo la otra cámara debajo del embudo. El movimiento de inclinación activa un interruptor (ya sea un interruptor de láminas o un interruptor de mercurio ), que envía un pulso eléctrico por cada 0,01 pulgadas (0,25 mm) de precipitación recolectada.
Debido a los problemas que tiene el balde basculante calentado para medir adecuadamente la precipitación congelada (particularmente nieve), se desarrolló el medidor de acumulación de precipitación para todo clima ( AWPAG ). Este sensor es esencialmente un medidor de peso donde la precipitación se acumula continuamente dentro del colector y, a medida que aumenta el peso, se registra la precipitación. Solo algunas unidades NWS ASOS han sido equipadas con el AWPAG. [17]
Las estaciones meteorológicas automatizadas de los aeropuertos informan sobre lluvia helada mediante la frecuencia de resonancia de una varilla vibratoria. La frecuencia de resonancia disminuye al aumentar la acumulación (masa adicional) de hielo , escarcha , niebla helada, llovizna helada , escarcha o nieve húmeda.
Para informar sobre lluvia helada, el sistema combina la salida del sensor de lluvia helada con datos del LEDWI. El LEDWI debe proporcionar una indicación positiva de precipitación o lluvia desconocida antes de que el sistema pueda transmitir un informe de lluvia helada. Si el LEDWI informa que no hay precipitaciones o nieve, el sistema ignorará la entrada del sensor de lluvia helada. El sensor está diseñado para detectar e informar sobre formación de hielo en todas las condiciones climáticas.
Muchas estaciones meteorológicas automatizadas de aeropuertos en los Estados Unidos utilizan la Red Nacional de Detección de Rayos ( NLDN ) para detectar rayos a través del sistema automático de detección y notificación de rayos ( ALDARS ). La NLDN utiliza 106 sensores en todo el país para triangular los rayos. Los datos de la red de detección se introducen en ALDARS, que a su vez envía mensajes a cada estación automatizada del aeropuerto informándole de la proximidad de cualquier rayo. Los rayos que caen dentro de un radio de 5 millas (8,0 km) de la estación dan como resultado un informe de tormenta eléctrica en la estación (TS). Los rayos que caen a más de 5 millas (8,0 km) pero a menos de 10 millas (16 km) de la estación dan como resultado un informe de tormenta en las cercanías de la estación (VCTS). Los relámpagos a más de 10 millas (16 km) pero a menos de 30 millas (48 km) de la estación dan como resultado solo una observación de relámpago distante (LTG DSNT). [18]
Sin embargo, algunas estaciones ahora tienen su propio sensor de rayos para medir realmente los rayos en el sitio en lugar de requerir un servicio externo. Este sensor de tormentas funciona detectando tanto el destello de luz como el cambio momentáneo en el campo eléctrico producido por el rayo. Cuando ambos se detectan con una diferencia de unos pocos milisegundos entre sí, la estación registra una posible caída de un rayo. Cuando se detecta un segundo posible rayo dentro de los 15 minutos posteriores al primero, la estación registra una tormenta. [19]
La difusión de datos suele realizarse a través de una frecuencia de radio de banda aérea VHF automatizada (108-137 MHz) en cada aeropuerto , que transmite la observación meteorológica automatizada. Esto suele realizarse a través del servicio automático de información de terminales (ATIS). La mayoría de las estaciones meteorológicas automatizadas también tienen números de teléfono discretos para recuperar observaciones en tiempo real por teléfono o mediante un módem.
En Estados Unidos, el sistema de adquisición de datos (ADAS) AWOS/ASOS, un sistema informático gestionado por la FAA, sondea los sistemas de forma remota, accede a las observaciones y las difunde electrónicamente en todo el mundo en formato METAR .
En la actualidad, las estaciones meteorológicas automatizadas de los aeropuertos no pueden informar sobre una variedad de condiciones meteorológicas. Éstas incluyen:
Debido a que muchos de estos pueden representar peligros para las aeronaves y todos ellos son de interés para la comunidad meteorológica, la mayoría de los aeropuertos más transitados también cuentan con observadores humanos a tiempo parcial o completo que aumentan o proporcionan información adicional a los sistemas meteorológicos automatizados del aeropuerto. observaciones de la estación. Se están realizando investigaciones para permitir que las estaciones automatizadas detecten muchos de estos fenómenos.
Las estaciones automatizadas también pueden sufrir averías mecánicas, que requieren reparación o sustitución. Esto puede deberse a daños físicos (ya sean naturales o causados por el hombre), desgaste mecánico o formación de hielo severa durante el clima invernal. Durante las interrupciones del sistema, a menudo se requieren observadores humanos para complementar las observaciones faltantes o no representativas de la estación automatizada. También se están realizando investigaciones para producir sistemas más robustos que sean menos vulnerables a los daños naturales, el desgaste mecánico y la formación de hielo.
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