El radar meteorológico Doppler terminal (TDWR) es un sistema de radar meteorológico Doppler con un "haz de lápiz" tridimensional que se utiliza principalmente para la detección de condiciones peligrosas de cizalladura del viento , precipitaciones y vientos en altura en y cerca de los principales aeropuertos situados en climas con gran exposición a tormentas en los Estados Unidos. [1] En 2011, todos estaban en servicio con 45 radares operativos, algunos de los cuales cubrían múltiples aeropuertos en las principales 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 de Tecnología de Massachusetts , para ayudar a los controladores de tráfico aéreo proporcionándoles cizalladura del viento en tiempo real. detección 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 fino, lo que significa que pueden ver áreas más pequeñas de la atmósfera. [1] El motivo 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 el ruido del suelo . [6]
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 máxima de 250 kW. En reflectividad, la resolución en distancia es de 150 metros (500 pies) dentro de 135 kilómetros (84 millas) del radar y 300 metros (1000 pies) de 135 kilómetros (84 millas) a 460 kilómetros (290 millas) del radar. [1] La razón de esta diferencia es que dado que la resolución del ancho es angular, a mayor rango el ancho del haz se vuelve bastante grande y para obtener un mejor promedio de los datos en un volumen de resolución, es necesario aumentar el número de pulsos de rango. contenedores . Este límite se establece arbitrariamente para el software en 135 kilómetros (84 millas).
En velocidades radiales, los datos están disponibles hasta 90 kilómetros (56 millas) del radar con una resolución angular completa de 0,5 grados y una resolución de alcance de 150 metros (490 pies). [1] Debido a la frecuencia de repetición de pulso (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]
TDWR puede realizar escaneos cercanos a la superficie con un ángulo de inclinación de 0,1 a 0,3 grados desde la superficie de la Tierra cada minuto. También puede realizar escaneos compuestos en los 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]
Un radar meteorológico NEXRAD utilizado actualmente por 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 no MESO-SAILS [7] está activo, lo que agrega un escaneo suplementario de bajo nivel 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 millas) del radar. [1] [4]
La resolución de alcance del TDWR es casi el doble que la del esquema clásico NEXRAD. Esto dará muchos mejores detalles sobre pequeñas características en los patrones de precipitación, particularmente en tormentas eléctricas, en reflectividad y velocidad radial. Sin embargo, esta resolución más fina sólo está disponible hasta 135 kilómetros (84 millas) del radar; Más allá de eso, la resolución se acerca a la de 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 mi) por 0,5 grados, y ha aumentado el rango de datos de velocidad Doppler a 300 km (190 mi). [8] [9] Esto disminuye las ventajas de TDWR para esas elevaciones.
Los TDWR y NEXRAD se complementan entre sí con cobertura superpuesta, cada uno diseñado para ver de manera óptima diferentes regímenes de espacio aéreo. La rápida velocidad de actualización del TDWR en un rango corto (rango de 55 millas náuticas ) captura rápidamente eventos climáticos a microescala en el espacio aéreo terminal. NEXRAD es un radar de largo alcance (alcance de 200 millas náuticas) diseñado para cumplir múltiples funciones en ruta a gran altitud, sobre el espacio aéreo terminal y lejos entre terminales. La velocidad de actualización más lenta de NEXRAD, que cubre un volumen más amplio, captura eventos climáticos de mesoescala . La longitud de onda más corta de 5 centímetros (2,0 pulgadas), que se acerca más al tamaño de una gota de lluvia que la longitud de onda de 10 centímetros (3,9 pulgadas), es parcialmente absorbida por la precipitación. Este es un serio inconveniente del uso de TDWR, ya que la señal puede atenuarse fuertemente en caso de fuertes precipitaciones. Esta atenuación significa que el radar no puede "ver" muy lejos a través de fuertes lluvias y podría pasar por alto condiciones climáticas adversas, como fuertes tormentas que pueden contener la firma de un tornado, cuando hay fuertes lluvias cayendo entre el radar y esa tormenta. Cuando llueve intensamente sobre el radomo , el alcance del TDWR se limita aún más. [1] [4] Finalmente, el granizo en una tormenta 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 más de 30 nudos (35 mph; 56 km/h) de distancia o hacia el 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 mayor (62 nudos (71 mph; 115 km/h)) y, por lo tanto, se necesitan menos procesamiento e interpretación. Debido a esto, la resolución de la reflectividad del radar para características de pequeña escala, como los mesociclones, podría ser mejor en TDWR, pero la resolución de la velocidad puede ser peor o, al menos, analizarse incorrectamente.
Por lo tanto, es mejor utilizar el TDWR junto con un NEXRAD tradicional cercano para asegurarse de que no se pierda nada. A diferencia de NEXRAD, que tiene cobertura nacional de los Estados Unidos contiguos (aunque con algunos agujeros debido al terreno), TDWR tiene 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 barrio suroeste de Tornado Alley en Oklahoma y Texas) tienen una alta densidad de unidades TDWR, otras (toda la costa oeste, el norte de las Grandes Llanuras y Las Montañas Rocosas, partes del sur profundo y un tramo que va desde el norte de Pensilvania hasta el norte del estado de Nueva York y el norte de Nueva Inglaterra) no tienen ninguna cobertura TDWR.
El Laboratorio Nacional de Tormentas Severas (NSSL) tiene un programa de desarrollo y mejora de productos radar extraídos de datos obtenidos de los radares TDWR y NEXRAD. El grupo SWAT (Aplicaciones de advertencia de clima severo y transferencia de tecnología ) está patrocinado por el Servicio Meteorológico Nacional y la FAA. En 2009 está trabajando en un mejor filtrado de los ecos no meteorológicos, mejores algoritmos de eliminación de alias de velocidades y técnicas para extraer la componente horizontal del campo de viento de uno o varios radares. NSSL ha estado proporcionando datos TDWR a la oficina del NWS desde finales de los años 1990. [10] El Centro de Operaciones de Radar (ROC) del NWS , aunque se centra en la red NEXRAD, también trabaja con TDWR.