Una radiosonda es un instrumento de telemetría alimentado por batería transportado a la atmósfera generalmente por un globo meteorológico que mide diversos 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 (tanto velocidad como dirección del viento ), lecturas de rayos cósmicos a gran altura y posición geográfica ( latitud / longitud ). Las radiosondas que miden la concentración de ozono se conocen como ozonosondas. [1]
Las radiosondas pueden funcionar a una radiofrecuencia de 403 MHz o 1680 MHz. Una radiosonda cuya posición se rastrea a medida que asciende para proporcionar información sobre la velocidad y dirección del viento se denomina rawinsonda ("sonda de viento de radar"). [2] [3] 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 en todo el mundo.
Los primeros vuelos de instrumentos aerológicos se realizaron en la segunda mitad del siglo XIX con cometas y meteógrafos , un aparato registrador que midió la presión y la temperatura y que se recuperó tras el experimento. Esto resultó difícil porque las cometas estaban unidas al suelo y eran muy difíciles de maniobrar en condiciones de ráfagas. Además, el sondeo se limitó a altitudes bajas debido a la conexión con el suelo.
Gustave Hermite y Georges Besançon , de Francia, fueron los primeros en 1892 en utilizar un globo para hacer 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 descendía con la altura hasta una cierta altitud, que variaba según la estación, y luego se estabilizaba por encima de esta altitud. El descubrimiento de la tropopausa y la estratosfera por parte de De Bort fue anunciado en 1902 en la Academia de Ciencias de Francia. [4] 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 Estados Unidos realizó los primeros experimentos primitivos con mediciones meteorológicas desde globos, utilizando 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 . Bureau acuñó el nombre "radiosonda" y voló el primer instrumento el 7 de enero de 1929. [4] [5] 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 las lecturas del sensor a código Morse , lo que facilita su uso sin necesidad de equipo ni capacitación especiales. [6]
Sergey Vernov, trabajando con una sonda Molchanov modificada, fue el primero en utilizar radiosondas para realizar lecturas de rayos cósmicos a gran altitud. 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 anti-coincidencia para evitar contar las lluvias de rayos secundarios. [6] [7] Esta se convirtió en una técnica importante en el campo, y Vernov voló sus radiosondas en tierra y mar durante los siguientes 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 Normas de los EE. UU. (NBS) el desarrollo de una radiosonda oficial para uso de la Marina. [8] La NBS entregó el proyecto a Harry Diamond , quien anteriormente había trabajado en radionavegación e inventó un sistema de aterrizaje ciego para aviones. [9] La organización dirigida por Diamond finalmente (en 1992) pasó a formar 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 de capacidad de resistencia. Además, esta radiosonda del NBS era capaz de medir la temperatura y la humedad a mayores altitudes que las radiosondas convencionales de la época gracias al uso de sensores eléctricos. [8] [10]
En 1938, Diamond desarrolló el primer receptor terrestre para la radiosonda, lo que impulsó el primer uso de servicio de las radiosondas NBS en la Armada. 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. [11] En 1940, el sistema de radiosonda NBS incluía un controlador de presión, que medía la temperatura y la humedad en función de la presión. [8] También recopiló datos sobre el espesor de las nubes y la intensidad de la luz en la atmósfera. [12] 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 estilo NBS en todo el país con fines de investigación, y el aparato fue adoptado oficialmente por los EE. UU. Oficina Meteorológica. [8] [10]
Diamond recibió el Premio de Ingeniería de la Academia de Ciencias de Washington en 1940 y el Premio IRE Fellow (que luego pasó a llamarse Premio Harry Diamond Memorial) en 1943 por sus contribuciones a la radiometeorología. [11] [13]
La expansión de los servicios gubernamentales de pronóstico del tiempo económicamente importantes durante la década de 1930 y su creciente necesidad de datos motivó a muchas naciones a comenzar programas regulares de observación por radiosondas.
En 1985, como parte del programa Vega de la Unión Soviética , las dos sondas Venus , Vega 1 y Vega 2 , lanzaron cada una una radiosonda en la atmósfera de Venus . Las sondas fueron rastreadas durante dos días.
Aunque la teledetección moderna mediante satélites, aviones y sensores terrestres es una fuente cada vez mayor 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 por radiosonda, por lo que siguen siendo esenciales para la meteorología moderna. [2]
Aunque cada día se lanzan cientos de radiosondas en todo el mundo durante todo el año, las muertes atribuidas a las radiosondas son raras. El primer ejemplo conocido fue la electrocución de un liniero en los Estados Unidos que intentaba liberar una radiosonda de líneas eléctricas de alta tensión en 1943. [14] [15] En 1970, un Antonov 24 que operaba el vuelo 1661 de Aeroflot sufrió una pérdida de control después de impactar una radiosonda en vuelo, lo que provocó la muerte de las 45 personas a bordo.
Un globo de caucho 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 oscilar entre 100 y 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. Con el tiempo, el globo se expandirá hasta el punto de que su piel se romperá, poniendo fin al ascenso. Un globo de 800 g (28 oz) explotará a unos 21 km (13 millas). [16] Después de estallar, un pequeño paracaídas en la línea de soporte de la radiosonda puede ralentizar su descenso a la Tierra, mientras que algunos dependen de la resistencia aerodinámica de los restos triturados del globo y del peso muy ligero del propio paquete. Un vuelo típico de radiosonda dura entre 60 y 90 minutos. Una radiosonda de la Base Aérea Clark , Filipinas, alcanzó una altitud de 47.272 m (155.092 pies).
La radiosonda moderna se comunica vía radio con una computadora que almacena todas las variables en tiempo real. Las primeras radiosondas se observaron desde tierra con un teodolito y solo dieron una estimación del viento según la posición. Con la llegada del radar por parte del Cuerpo de Señales fue posible rastrear un objetivo de radar transportado por los globos con el radar SCR-658 . Las radiosondas modernas pueden utilizar una variedad de mecanismos para determinar la velocidad y dirección del viento, como un radiogoniómetro o un 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 un globo. Las radiosondas implementadas de esta manera se denominan dropsondas .
Los globos meteorológicos con radiosondas se han utilizado convencionalmente como medio para medir perfiles atmosféricos de humedad, temperatura, presión, velocidad y dirección del viento. [17] Los datos de alta calidad, espacial y temporalmente “continuos” provenientes del monitoreo en altitud junto con observaciones de superficie son bases críticas para comprender las condiciones climáticas y las tendencias climáticas y proporcionar información meteorológica y climática para el bienestar de las sociedades. La información fiable y oportuna respalda la preparación de la sociedad ante condiciones climáticas extremas y patrones climáticos cambiantes. [17]
En todo el mundo hay alrededor de 1.300 sitios de lanzamiento de radiosondas. [18] 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 una hora antes de las horas de observación oficiales de 0000 UTC y 1200 UTC para centrar las horas de observación durante el ascenso de aproximadamente dos horas. [19] [20] Las observaciones por radiosondas son importantes para la previsión meteorológica , las alertas y alertas de condiciones meteorológicas adversas y la investigación atmosférica.
El Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos lanza radiosondas dos veces al día desde 92 estaciones, 69 en los Estados Unidos contiguos, 13 en Alaska, nueve en el Pacífico y una en Puerto Rico. También apoya la operación de 10 sitios de radiosondas en el Caribe . [20] Se puede encontrar una lista de sitios de lanzamiento terrestres operados en los EE. UU. en el Apéndice C, Estaciones Rawinsonde terrestres de los EE. UU. [21] del Manual Meteorológico Federal #3, [22] titulado Observaciones Rawinsonde y Pibal, de mayo de 1997.
El Reino Unido lanza radiosondas Vaisala RS41 [23] cuatro veces al día (una hora antes de las 00, 06, 12 y 18 UTC) desde 6 sitios de lanzamiento (de sur a norte): Camborne , (lat,lon)=(50.218, -5.327) , extremo suroeste de Inglaterra; Herstmonceux (50,89, 0,318), cerca de la costa SE; Watnall , (53.005, -1.25), centro de Inglaterra; Castor Bay, (54.50, -6.34), cerca de la esquina SE de Lough Neagh en Irlanda del Norte; Albemarle, (55,02, -1,88), noreste de Inglaterra; y Lerwick , (60.139, -1.183), Shetland , Escocia . [24] [25]
Los datos brutos de la atmósfera superior se procesan de forma rutinaria mediante supercomputadoras que ejecutan modelos numéricos. Los pronosticadores suelen ver los datos en formato gráfico, trazados en diagramas termodinámicos como los diagramas Skew-T log-P , tefigramas o diagramas de 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. [17]
Los datos de radiosondas son un componente de crucial importancia en la predicción numérica del tiempo. Debido a que una sonda puede desviarse 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. [17] Sin embargo, esto parece no ser así, excepto quizás localmente en las regiones de corrientes en chorro en la estratosfera. [26] Este problema podría resolverse en el futuro mediante drones meteorológicos , que tienen un control preciso sobre su ubicación y pueden compensar la deriva. [27]
Lamentablemente, en partes menos desarrolladas del mundo, como África, que es muy vulnerable a los impactos de fenómenos meteorológicos extremos y al cambio climático, hay escasez de observaciones de la superficie y de la altitud. El alarmante estado de la cuestión fue destacado en 2020 por la Organización Meteorológica Mundial [28] , que afirmó que "la situación en África muestra una disminución dramática de casi el 50% de 2015 a 2020 en el número de vuelos de radiosondas, el tipo más importante de observaciones en superficie. Los informes ahora tienen una cobertura geográfica más pobre". Durante las últimas dos décadas, alrededor del 82% de los países de África han experimentado una falta de datos de radiosondas grave (57%) y moderada (25%). [17] Esta terrible situación ha provocado un llamado a la necesidad urgente de llenar el vacío de datos en África y en todo el mundo. Ante la enorme brecha de datos en una parte tan grande de la masa terrestre global, hogar de algunas de las sociedades más vulnerables, el llamado antes mencionado ha galvanizado un esfuerzo global [29] para “cerrar la brecha de datos” en la próxima década y detener un mayor deterioro de la situación. las redes de observación.
Según la Unión Internacional de Telecomunicaciones , un servicio de ayudas meteorológicas (también: servicio de radiocomunicaciones de ayudas meteorológicas ) se define, según el artículo 1.50 del Reglamento de Radiocomunicaciones (RR) de la UIT [30] , como "un servicio de radiocomunicaciones utilizado para fines meteorológicos, incluidos los hidrológicos, observaciones y exploraciones." Además, según el artículo 1.109 del RR de la UIT: [31]
Una radiosonda es un transmisor de radio automático del servicio de ayudas a la meteorología que suele llevarse en una aeronave , globo libre , cometa o paracaídas, y que transmite datos meteorológicos. Cada radiotransmisor será clasificado por el servicio de radiocomunicaciones en el que opere de forma permanente o temporal.
La asignación de frecuencias de radio se proporciona de acuerdo con el Artículo 5 del Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT (edición de 2012). [32]
Para mejorar la armonización en la utilización del espectro, la mayoría de las asignaciones de servicios estipuladas en este documento se incorporaron en Tablas nacionales de asignaciones y utilizaciones de frecuencias, que son responsabilidad de la administración nacional correspondiente. La asignación puede ser primaria, secundaria, exclusiva y compartida.
Sin embargo, el uso militar, en bandas donde exista uso civil, se ajustará al Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT.
