Un dispersómetro o difusímetro es un instrumento científico para medir el retorno de un haz de luz u ondas de radar dispersadas por difusión en un medio como el aire. Los difusionómetros que utilizan luz visible se encuentran en aeropuertos o a lo largo de carreteras para medir la visibilidad horizontal . Los dispersómetros de radar utilizan radio o microondas para determinar la sección transversal del radar normalizada (σ 0 , "sigma cero" o "sigma cero") de una superficie. A menudo se montan en satélites meteorológicos para encontrar la velocidad y dirección del viento y se utilizan en las industrias para analizar la rugosidad de las superficies.
Los difusímetros ópticos son dispositivos utilizados en meteorología para encontrar el rango óptico o la visibilidad horizontal. Consisten en una fuente de luz, normalmente un láser , y un receptor. Ambos se colocan en un ángulo de 35° hacia abajo, apuntando a un área común. La dispersión lateral del aire a lo largo del haz de luz se cuantifica como coeficiente de atenuación . Cualquier desviación del coeficiente de extinción en aire despejado (por ejemplo, en caso de niebla) se mide y es inversamente proporcional a la visibilidad (cuanto mayor es la pérdida, menor es la visibilidad).
Estos dispositivos se encuentran en estaciones meteorológicas automáticas para visibilidad general, a lo largo de pistas de aeropuertos para alcance visual en la pista o a lo largo de carreteras para condiciones visuales. Su principal inconveniente es que la medición se realiza sobre un volumen de aire muy pequeño entre el transmisor y el receptor. Por lo tanto, la visibilidad reportada es sólo representativa de las condiciones generales alrededor del instrumento en condiciones generalizadas ( niebla sinóptica , por ejemplo). Este no es siempre el caso (por ejemplo, niebla irregular).
Un dispersómetro de radar funciona transmitiendo un pulso de energía de microondas hacia la superficie de la Tierra y midiendo la energía reflejada. Se realiza una medición separada de la potencia de solo ruido y se resta de la medición de señal + ruido para determinar la potencia de la señal de retrodispersión . Sigma-0 (σ⁰) se calcula a partir de la medición de la potencia de la señal utilizando la ecuación del radar objetivo distribuido. Los instrumentos de dispersión están calibrados con mucha precisión para realizar mediciones precisas de la retrodispersión.
La principal aplicación de la dispersterometría espacial ha sido la medición de los vientos cercanos a la superficie sobre el océano . [1] Estos instrumentos se conocen como dispersómetros de viento. Combinando mediciones de sigma-0 desde diferentes ángulos de acimut , el vector del viento cerca de la superficie sobre la superficie del océano se puede determinar utilizando una función de modelo geofísico (GMF) que relaciona el viento y la retrodispersión. Sobre el océano, la retrodispersión del radar resulta de la dispersión de las ondas de gravedad capilar generadas por el viento, que generalmente están en equilibrio con el viento cercano a la superficie sobre el océano. El mecanismo de dispersión se conoce como dispersión de Bragg , que se produce a partir de las ondas que están en resonancia con las microondas.
La potencia retrodispersada depende de la velocidad y dirección del viento. Vista desde diferentes ángulos de azimut, la retrodispersión observada de estas ondas varía. Estas variaciones pueden aprovecharse para estimar el viento en la superficie del mar, es decir, su velocidad y dirección. Este proceso de estimación a veces se denomina " recuperación del viento" o " inversión de la función del modelo" . Se trata de un procedimiento de inversión no lineal basado en un conocimiento preciso del GMF (en forma empírica o semiempírica) que relaciona la retrodispersión del dispersómetro y el vector viento. La recuperación requiere mediciones de dispersómetro de diversidad angular con el GMF, que son proporcionadas por el dispersómetro que realiza varias mediciones de retrodispersión del mismo punto en la superficie del océano desde diferentes ángulos de acimut.
Las mediciones del viento con dispersómetro se utilizan para la interacción aire-mar, estudios climáticos y son particularmente útiles para monitorear huracanes . [2] Los datos de retrodispersión del dispersómetro se aplican al estudio de la vegetación , la humedad del suelo , el hielo polar , el seguimiento de los icebergs antárticos [3] y el cambio global . [4] Se han utilizado mediciones de dispersómetro para medir los vientos sobre dunas de arena y nieve desde el espacio. Las aplicaciones no terrestres incluyen el estudio de las lunas del Sistema Solar utilizando sondas espaciales. Este es especialmente el caso de la misión Cassini de la NASA/ESA a Saturno y sus lunas.
La NASA , la ESA y la NASDA han llevado al espacio varias generaciones de dispersómetros de viento . El primer dispersómetro de viento operativo se conoció como Seasat Scatterometer (SASS) y se lanzó en 1978. [5] Era un sistema de haz de abanico que operaba en la banda Ku (14 GHz). En 1991, la ESA lanzó el dispersómetro de instrumento avanzado de microondas (AMI) del satélite europeo de teledetección ERS-1, [6] seguido del dispersómetro AMI ERS-2 en 1995. Ambos sistemas de haz en abanico AMI funcionaban en la banda C (5,6 GHz). . En 1996, la NASA lanzó el dispersómetro de la NASA (NSCAT), a bordo del satélite NASDA ADEOS I , [1] un sistema de haz en abanico en banda Ku. [7] La NASA lanzó el primer dispersómetro de barrido, conocido como SeaWinds , en QuikSCAT en 1999. Operaba en banda Ku. Un segundo instrumento SeaWinds voló en el NASDA ADEOS-2 en 2002. La Organización de Investigación Espacial de la India lanzó un dispersómetro de banda Ku en su plataforma Oceansat-2 en 2009. La ESA y EUMETSAT lanzaron el primer ASCAT de banda C en 2006 a bordo de Metop . A. [8] El Sistema Global de Navegación por Satélite Cyclone (CYGNSS), lanzado en 2016, es una constelación de ocho pequeños satélites que utilizan un enfoque biestático al analizar el reflejo de la superficie de la Tierra de las señales del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), en lugar de utilizar un sistema a bordo. transmisor de radar.
Los dispersómetros ayudaron a probar la hipótesis, que data de mediados del siglo XIX, de la dispersión anisotrópica (dependiente de la dirección) a larga distancia por el viento para explicar las fuertes afinidades florísticas entre masas terrestres.
Un trabajo, publicado por la revista Science en mayo de 2004 con el título "El viento como vehículo de dispersión de larga distancia en el hemisferio sur", utilizó mediciones diarias del azimut y la velocidad del viento tomadas por el dispersómetro SeaWinds de 1999 a 2003. Encontraron un correlación más fuerte de las similitudes florísticas con la conectividad del viento que con las proximidades geográficas, lo que respalda la idea de que el viento es un vehículo de dispersión para muchos organismos en el hemisferio sur.
Los dispersómetros se utilizan ampliamente en metrología para determinar la rugosidad de superficies pulidas y lapeadas en industrias de semiconductores y mecanizado de precisión. [9] Proporcionan una alternativa rápida y sin contacto a los métodos tradicionales de lápiz óptico para la evaluación topográfica. [10] [11] Los dispersómetros son compatibles con entornos de vacío, no son sensibles a la vibración y pueden integrarse fácilmente con el procesamiento de superficies y otras herramientas de metrología. [12] [13]
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Ejemplos de uso en satélites de observación de la Tierra o instrumentos instalados y fechas de funcionamiento: [14]