Una radiosonda es un instrumento de telemetría alimentado por batería que se transporta a la atmósfera, generalmente mediante un globo meteorológico , y 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 la velocidad como la dirección del viento ), lecturas de rayos cósmicos a gran altitud y posición geográfica ( latitud / longitud ). Las radiosondas que miden la concentración de ozono se conocen como ozonosondas. [1]
Las radiosondas pueden operar en una frecuencia de radio de 403 MHz o 1680 MHz. Una radiosonda cuya posición se rastrea a medida que asciende para proporcionar información sobre la velocidad y la dirección del viento se llama rawinsonde ("radar wind-sonda"). [2] [3] La mayoría de las radiosondas tienen reflectores de radar y técnicamente son rawinsondes. Una radiosonda que se deja caer desde un avión y cae, en lugar de ser transportada por un globo, se llama dropsonda . Las radiosondas son una fuente esencial de datos meteorológicos y se lanzan cientos de ellas en todo el mundo todos los días.
Los primeros vuelos de instrumentos aerológicos se realizaron en la segunda mitad del siglo XIX con cometas y meteógrafos , un dispositivo de registro que medía la presión y la temperatura y que se recuperaba después del experimento. Esto resultó difícil porque las cometas estaban unidas al suelo y eran muy difíciles de maniobrar en condiciones de viento racheado. Además, el sondeo estaba limitado a bajas altitudes debido a la conexión al suelo.
Los franceses Gustave Hermite y Georges Besançon fueron los primeros en utilizar un globo para hacer volar el meteógrafo en 1892. 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 con la estación, y luego se estabilizaba por encima de esta altitud. El descubrimiento de De Bort de la tropopausa y la estratosfera fue anunciado en 1902 en la Academia Francesa de Ciencias. [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 los EE. UU. realizó los primeros experimentos primitivos con mediciones meteorológicas desde un globo, haciendo uso de la dependencia de la temperatura de los circuitos de radio. La primera radiosonda verdadera que enviaba telemetría codificada precisa desde sensores meteorológicos fue inventada en Francia por Robert Bureau . Bureau acuñó el nombre de "radiosonda" e hizo volar el primer instrumento el 7 de enero de 1929. [4] [5] Desarrollada de forma independiente un año después, Pavel Molchanov hizo volar 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 de los sensores a código Morse , lo que facilitaba su uso sin equipo especial ni capacitación. [6]
Sergey Vernov, que trabajaba 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 hasta 13,6 km (8,5 mi) 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 radiación con la latitud causada por el campo magnético de la Tierra .
En 1936, la Armada de los EE. UU. asignó a la Oficina de Normas de los EE. UU. (NBS) el desarrollo de una radiosonda oficial para que la usara la Armada. [8] La NBS le dio el proyecto a Harry Diamond , quien había trabajado previamente en navegación por radio e inventado un sistema de aterrizaje a ciegas para aviones. [9] La organización dirigida por Diamond finalmente (en 1992) se convirtió en parte del Laboratorio de Investigación del Ejército de los 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 de la NBS era capaz de medir la temperatura y la humedad a altitudes mayores que las radiosondas convencionales de la época debido al uso de sensores eléctricos. [8] [10]
En 1938, Diamond desarrolló el primer receptor terrestre para la radiosonda, lo que impulsó el primer uso en servicio de las radiosondas NBS en la Marina. 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 motor de presión, que medía la temperatura y la humedad en función de la presión. [8] También recopilaba 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 de estilo NBS en todo el país para fines de investigación, y el aparato fue adoptado oficialmente por la Oficina Meteorológica de los EE. UU. [8] [10]
Diamond recibió el Premio de Ingeniería de la Academia de Ciencias de Washington en 1940 y el Premio IRE Fellow (que más tarde pasó a llamarse Premio Memorial Harry Diamond) en 1943 por sus contribuciones a la radiometeorología. [11] [13]
La expansión de los servicios gubernamentales de previsión meteorológica de importancia económica durante la década de 1930 y su creciente necesidad de datos motivaron a muchas naciones a iniciar programas regulares de observación por radiosonda.
En 1985, como parte del programa Vega de la Unión Soviética , las dos sondas de Venus , Vega 1 y Vega 2 , lanzaron cada una una radiosonda a la atmósfera de Venus . Las sondas fueron rastreadas durante dos días.
Aunque la teledetección moderna mediante satélites, aeronaves 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 mi)) de las observaciones de 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 poco frecuentes. El primer ejemplo conocido fue la electrocución de un liniero en los Estados Unidos que intentaba liberar una radiosonda de un cable 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 chocar con una radiosonda en pleno vuelo, lo que provocó la muerte de las 45 personas a bordo.
Un globo de goma 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 variar de 100 a 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. Finalmente, el globo se expandirá hasta el punto de que su piel se romperá, terminando el ascenso. Un globo de 800 g (28 oz) estallará a unos 21 km (13 mi). [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 , en Filipinas, alcanzó una altitud de 155.092 pies (47.272 m).
La radiosonda moderna se comunica por radio con un ordenador que almacena todas las variables en tiempo real. Las primeras radiosondas se observaban desde tierra con un teodolito y proporcionaban únicamente una estimación del viento por 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 la dirección del viento, como un radiogoniómetro o GPS . El peso de una radiosonda suele ser de 250 g (8,8 oz).
En ocasiones, las radiosondas se lanzan desde un avión en lugar de transportarlas en un globo. Las radiosondas lanzadas de esta manera se denominan sondas de caída libre .
Los globos meteorológicos con radiosonda se han utilizado tradicionalmente como medio para medir los perfiles atmosféricos de humedad, temperatura, presión, velocidad y dirección del viento. [17] Los datos de alta calidad, espacial y temporalmente “continuos” provenientes del monitoreo de la atmósfera superior junto con las observaciones de superficie son bases fundamentales para comprender las condiciones meteorológicas y las tendencias climáticas y proporcionar información meteorológica y climática para el bienestar de las sociedades. La información confiable 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 radiosonda. [18] La mayoría de los países comparten datos con el resto del mundo a través de acuerdos internacionales. Casi todos los lanzamientos rutinarios de radiosonda 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 de radiosonda son importantes para la previsión meteorológica , las alertas y advertencias de clima severo 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 continentales, 13 en Alaska, nueve en el Pacífico y una en Puerto Rico. También apoya el funcionamiento de 10 sitios de radiosondas en el Caribe . [20] Se puede encontrar una lista de los sitios de lanzamiento terrestres operados por los Estados Unidos en el Apéndice C, Estaciones terrestres de Rawinsonde de los Estados Unidos [21] del Manual Meteorológico Federal N.° 3, [22] titulado Observaciones de 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 SO 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), NE de Inglaterra; y Lerwick , (60.139, -1.183), Shetland , Escocia . [24] [25]
Los datos brutos de las capas superiores del aire se procesan de forma rutinaria mediante supercomputadoras que ejecutan modelos numéricos. Los pronosticadores a menudo ven los datos en un formato gráfico, representados en diagramas termodinámicos como los diagramas Skew-T log-P , los tefigramas y los diagramas de Stüve , todos ellos útiles para la interpretación del perfil termodinámico vertical de la temperatura y la humedad de la atmósfera, así como de la cinemática del perfil vertical del viento. [17]
Los datos de radiosonda son un componente de importancia crucial para la predicción numérica del tiempo. Debido a que una sonda puede desplazarse 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 no parece ser así, excepto quizás localmente en las regiones de corrientes en chorro de la estratosfera. [26] Este problema puede resolverse en el futuro mediante drones meteorológicos , que tienen un control preciso sobre su ubicación y pueden compensar la deriva. [27]
Lamentablemente, en las partes menos desarrolladas del mundo, como África, que tiene una gran vulnerabilidad a los impactos de los fenómenos meteorológicos extremos y el cambio climático, hay escasez de observaciones de superficie y de altitud. La alarmante situación de la cuestión fue resaltada en 2020 por la Organización Meteorológica Mundial [28], que declaró que "la situación en África muestra una disminución drástica de casi el 50% entre 2015 y 2020 en el número de vuelos de radiosonda, el tipo más importante de observaciones de superficie. Los informes tienen ahora una cobertura geográfica más pobre". En las últimas dos décadas, alrededor del 82% de los países de África han experimentado una brecha de datos de radiosonda grave (57%) y moderada (25%). [17] Esta terrible situación ha provocado un llamamiento a la necesidad urgente de colmar la brecha de datos en África y en todo el mundo. La enorme brecha de datos en una parte tan grande de la masa continental mundial, hogar de algunas de las sociedades más vulnerables, ha galvanizado un esfuerzo global [29] para “tapar la brecha de datos” en la próxima década y detener un mayor deterioro en las redes de observación.
Según la Unión Internacional de Telecomunicaciones , un servicio de ayudas meteorológicas (también: servicio de radiocomunicación de ayudas meteorológicas ) se define – según el Artículo 1.50 del Reglamento de Radiocomunicaciones (RR) de la UIT [30] – como «Un servicio de radiocomunicación utilizado para observaciones y exploraciones meteorológicas, incluidas las hidrológicas. Además, según el artículo 1.109 del RR de la UIT: [31]
Una radiosonda es un transmisor automático de radio del servicio de ayudas meteorológicas que se transporta habitualmente a bordo de una aeronave , globo libre , cometa o paracaídas y que transmite datos meteorológicos. Cada transmisor de radio se clasificará según el servicio de radiocomunicación en el que funcione de forma permanente o temporal.
La asignación de frecuencias radioeléctricas se realiza de conformidad con el Artículo 5 del Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT (edición 2012). [32]
Con el fin de mejorar la armonización en la utilización del espectro, la mayoría de las asignaciones de servicios estipuladas en este documento se incorporaron en los Cuadros nacionales de asignación y utilización 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 hay uso civil, se ajustará al Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT.
