El radar meteorológico Doppler terminal (TDWR) es un sistema de radar meteorológico Doppler con un "haz de lápiz" tridimensional utilizado principalmente para la detección de condiciones peligrosas de cizalladura del viento , precipitaciones y vientos en altura sobre y cerca de los principales aeropuertos situados en climas con gran exposición a tormentas eléctricas en los Estados Unidos. [1] En 2011, todos estaban en servicio con 45 radares operativos, algunos de los cuales cubrían varios aeropuertos en importantes ubicaciones metropolitanas, en los Estados Unidos y Puerto Rico. [2] [3] También se han vendido varios radares meteorológicos similares a otros países como China ( Hong Kong ). [4] [5] Financiada por la Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos (FAA), la tecnología TDWR se desarrolló a principios de la década de 1990 en el Laboratorio Lincoln , parte del Instituto Tecnológico de Massachusetts , para ayudar a los controladores de tráfico aéreo al proporcionar detección de cizalladura del viento en tiempo real y datos de precipitación de alta resolución. [6]
La principal ventaja de los TDWR sobre los radares meteorológicos anteriores es que tienen una resolución de alcance más fina, lo que significa que pueden ver áreas más pequeñas de la atmósfera. [1] La razón de la resolución es que el TDWR tiene un haz más estrecho que los sistemas de radar tradicionales y que utiliza un conjunto de algoritmos para reducir la interferencia del suelo . [6]
El TDWR utiliza una onda portadora en la banda de frecuencia de 5600–5650 MHz ( longitud de onda de 5 cm ), con un haz estrecho y una resolución angular de 0,5 grados, y tiene una potencia pico de 250 kW. En reflectividad, la resolución en distancia es de 150 metros (500 pies) dentro de los 135 kilómetros (84 millas) del radar y de 300 metros (1000 pies) desde 135 kilómetros (84 millas) hasta 460 kilómetros (290 millas) hasta el radar. [1] La razón de esta diferencia es que, dado que la resolución de ancho es angular, a mayor alcance, el ancho del haz se vuelve bastante grande y para obtener un mejor promedio de datos en un volumen de resolución, uno tiene que aumentar el número de bins de pulso de alcance . Este corte se establece arbitrariamente para el software en 135 kilómetros (84 millas).
En velocidades radiales, los datos están disponibles hasta 90 kilómetros (56 mi) desde el radar con una resolución angular completa de 0,5 grados y una resolución de alcance de 150 metros (490 ft). [1] Debido a la frecuencia de repetición de pulsos (PRF) utilizada, hay aliasing y la velocidad máxima no ambigua es de 20 a 30 nudos (23 a 35 mph; 37 a 56 km/h). [1]
El TDWR puede realizar exploraciones cercanas a la superficie con un ángulo de inclinación de 0,1 a 0,3 grados respecto de la superficie de la Tierra cada minuto. También puede realizar exploraciones compuestas en las que el radar observa en varios ángulos de inclinación diferentes para obtener una imagen más completa de las condiciones atmosféricas; cada una de estas exploraciones compuestas requiere 6 minutos. [1] [4]
El radar meteorológico NEXRAD que utiliza actualmente el Servicio Meteorológico Nacional (NWS) es un radar de longitud de onda de 10 cm (2700-3000 MHz) capaz de realizar un escaneo completo cada 4,5 a 10 minutos, dependiendo del número de ángulos escaneados y de si está activo o no MESO-SAILS [7] , que añade un escaneo de bajo nivel complementario mientras completa un escaneo de volumen. Su resolución es de 0,5 grados de ancho y 250 metros (820 pies) de alcance. La velocidad radial no ambigua es de 62 nudos (71 mph; 115 km/h) hasta 230 kilómetros (140 mi) desde el radar. [1] [4]
La resolución de alcance del TDWR es casi el doble de la del esquema NEXRAD clásico. Esto proporcionará detalles mucho mejores sobre características pequeñas en patrones de precipitación, particularmente en tormentas eléctricas, en reflectividad y velocidad radial. Sin embargo, esta resolución más fina solo está disponible hasta 135 kilómetros (84 millas) del radar; más allá de eso, la resolución es cercana a la del NEXRAD. Sin embargo, desde agosto de 2008, el sobremuestreo en NEXRAD ha aumentado su resolución en elevaciones más bajas en datos de reflectividad a 0,25 km (0,16 millas) en 0,5 grados, y ha aumentado el alcance de los datos de velocidad Doppler a 300 km (190 millas). [8] [9] Esto reduce las ventajas del TDWR para esas elevaciones.
Los TDWR y NEXRAD se complementan entre sí con una cobertura superpuesta, cada uno diseñado para visualizar de forma óptima diferentes regímenes del espacio aéreo. La rápida tasa de actualización del TDWR en un rango corto (rango de 55 millas náuticas ) captura eventos meteorológicos a microescala rápidamente en el espacio aéreo terminal. NEXRAD es un radar de largo alcance (rango de 200 millas náuticas) diseñado para cumplir múltiples funciones en ruta a gran altitud, por encima del espacio aéreo terminal y lejos entre terminales. La tasa de actualización más lenta del NEXRAD, que cubre un volumen más amplio, captura eventos meteorológicos de mesoescala . La longitud de onda más corta de 5 centímetros (2,0 pulgadas), que es más cercana al tamaño de una gota de lluvia que la longitud de onda de 10 centímetros (3,9 pulgadas), es parcialmente absorbida por la precipitación. Esto es un serio inconveniente para el uso del TDWR, ya que la señal puede atenuarse fuertemente en caso de precipitaciones intensas. Esta atenuación significa que el radar no puede "ver" muy lejos a través de una lluvia intensa y podría pasar por alto condiciones climáticas severas, como tormentas eléctricas fuertes que pueden contener la firma de un tornado, cuando hay una lluvia intensa cayendo entre el radar y esa tormenta. Cuando cae una lluvia intensa sobre el radomo , el alcance del TDWR se limita aún más. [1] [4] Finalmente, el granizo en una tormenta eléctrica escaneada por un TDWR puede bloquear completamente la señal ya que su tamaño es mayor que la longitud de onda. [1] [4]
Un segundo problema es la velocidad radial no ambigua más pequeña o velocidad de Nyquist . En el caso del TDWR, esto significa que la velocidad de las precipitaciones que se mueven a una velocidad superior a 30 nudos (35 mph; 56 km/h) alejándose o acercándose al radar se analizará incorrectamente debido al aliasing . Los algoritmos para corregir esto no siempre arrojan los resultados adecuados. NEXRAD tiene un umbral que es dos veces más alto (62 nudos (71 mph; 115 km/h)) y, por lo tanto, se necesita menos procesamiento e interpretación. Debido a esto, la resolución de la reflectividad del radar para características de pequeña escala como los mesociclones puede ser mejor en el TDWR, pero la resolución de la velocidad puede ser peor o, como mínimo, analizada incorrectamente.
Por lo tanto, es mejor utilizar el TDWR junto con un NEXRAD tradicional cercano para garantizar que no se pierda nada. A diferencia de NEXRAD, que tiene cobertura nacional de los Estados Unidos continentales (aunque con algunas lagunas debido al terreno), el TDWR tiene una cobertura esporádica destinada a los principales aeropuertos. Mientras que ciertas áreas del país (la megalópolis del noreste, los estados de Ohio y Florida, y el cuarto sudoeste de Tornado Alley en Oklahoma y Texas) tienen una alta densidad de unidades TDWR, otras (toda la Costa Oeste, las Grandes Llanuras del norte y las Montañas Rocosas, partes del Sur Profundo y un tramo que va desde el norte de Pensilvania a través del norte del estado de Nueva York y hacia el norte de Nueva Inglaterra) no tienen cobertura TDWR en absoluto.
El Laboratorio Nacional de Tormentas Severas (NSSL) tiene un programa de desarrollo y mejora de productos de radar extraídos de datos obtenidos de los radares TDWR y NEXRAD. El grupo de Aplicaciones de Alerta de Clima Severo y Transferencia de Tecnología (SWAT) está patrocinado por el Servicio Meteorológico Nacional y la FAA. Está trabajando en 2009 en un mejor filtrado de ecos no meteorológicos, mejores algoritmos de desaliasing de velocidades, técnicas para extraer el componente horizontal del campo de viento de uno o varios radares. El NSSL ha estado proporcionando datos TDWR a la oficina del NWS desde finales de la década de 1990. [10] El Centro de Operaciones de Radar (ROC) del NWS, aunque se centra en la red NEXRAD, también trabaja con TDWR.