Multiband Technique

La palabra radar es la abrevi atura de la expresión inglesa RAdio Detection And Ranging, es decir, detección y te lemetría por radio. El contenido de hum edad, las particularidades térmicas y la concentración de partículas de la capa límite ha permitido la utilización de una serie de equipos basa dos en la m etodología del radar, diseñados para la determ inación del espesor de dich a capa en f unción de la s in termitencias detectadas en la interfas e entre las dos capas y que suele registrarse como una señal de energía de retorno. Entre dichos equipos se encuentra el radar que utiliza radiación de microondas, el sodar b asado en el sonido y el lidar diseñ ado para operar con haces de luz. Algunos de estos equipos operan de form a continua y otros en form a de pulsos, pero en cualquiera de ellos, la medida del tiempo desde que se emite una señal hasta que se registra el retorno, permite calcular la distancia en la que se ha producido el rebote de la señal emitida, y por tanto, el espesor de la capa límite.

Uno de los equipos de radar m ás utiliz ados se conoce por el nombre de perfilador de viento ( wind profiler), el cual perm ite calcular la altu ra de la cap a de mezcla desarrollada en condicion es de in tensa convección (Angevine et al., 1994). La señal de retorno de este sistema es proporcional a un parámetro de estructura, 2

n

C , que a su vez depende de las fluctuaciones a peque ña escala de temperatura y de humedad. De esta forma, los perfiles v erticales de 2

n

C normalmente presentan un m áximo en la cim a de la capa d e mezcla convectiva. Sin embargo, pueden producirse resultados ambiguos ya que los perfiles de hum edad no suelen p resentar, con tanta claridad, la m ezcla que caracteriza a la capa lím ite en comparación con los perf iles de tem peratura. A este inconveniente, se sum a la lim itación en la re solución vertical del sistema junto con la posibilidad de mal funcionamiento en presencia de nubes convectivas.

Respecto del sodar ( Sound Detection and Ranging), la utilidad de las ondas sonoras ya era conocida desde m uchos años atrás sobre todo en áreas relacionadas con fines m ilitares. Sin embargo, la h abilidad de los sond eos acús ticos para tem as de

investigación en la capa lím ite atmosférica no se hizo pública has ta años m ás tarde (Wycoff et al., 1973; Russell et al., 1974).

En líneas generales, el sodar es un instrum ento constituido por tres grandes antenas. La del centro , que se coloca pe rpendicular al suelo, perm ite m edir la componente vertical del viento. Las otras dos antenas que se disponen a am bos lados, están ligeramente inclinadas respecto de la cen tral y son perpendicu lares entre s í. Con ellas se obtienen las compone ntes horizontales del viento . El sodar em ite un sonido audible por cada una de las antenas en espa cios regulares de tie mpo. El fundamento de este equipo es el de m edir la señal de retorno que se produce como consecuencia de la presencia d e fluctuacio nes de tem peratura, hum edad, etc., en el recorrido del sonido emitido. De esta form a, el sodar detecta la cima de la capa de m ezcla al reconocer el nivel que separa el aire menos cálido de dicha capa y el más cálido por encima asociado a la presencia de una inversión térm ica. Po r otra parte, este equipo perm ite tam bién obtener de manera indirecta parámetros como el flujo de ca lor sensible, la velocidad de escala convectiva y la temperatura de escala (Salvador y Artíñano, 1997).

El sodar se configura com o un si stema muy aconsejable en cam pañas experimentales pensadas para periodos pr olongados de tiem po. Además, las variables medidas por el equipo son de elevada re solución vertical y tem poral. Debido a la necesidad de m edir con gran precis ión la señal de retorno, el sodar debe situarse en lugares en los que la contam inación acústica producida por f actores externos (como por ejemplo, el tráfico) no afecte a las m edidas del equipo. Por otra parte, debido a la atenuación rápida del sonido en la atmósfera, el sodar no es capaz de reconocer la cima de la capa de mezcla cuando ésta se encuentra por encima de los 500 m (o de los 800 m en el mejor de los casos) lo que es muy común en horas centrales del día en condiciones convectivas (Melas, 1990). Esta lim itación no im pide, sin em bargo, que el sodar sea especialmente valioso durante la noche para determinar la estruc tura de la capa límite estable.

La presencia en la capa lím ite de polvo y contaminación ha sido utilizada por el lidar (Light Detection and Ranging) para obtener el espesor de m ezcla basándose en la propiedad de esta capa de hom ogeneizar las emisiones que se realizan en ella. E l lidar transmite hacia la atm ósfera un haz lum inoso, emitido por un láser pulsado, que sufre

dispersión por la presencia de moléculas del aire, gotitas de lluvia y aerosoles en la capa límite (Stull, 1988). La luz de retorno es recogida en un telescopio donde posteriormente es amplificada y registrada. Como la aportación de la mayor parte de los aerosoles proviene de la superficie terrestre, la capa límite proporciona retornos de señal más intensos que en la atmósfera libre. De esta forma, el lidar es más sensible a detectar el aire de la capa límite más que la interfase en la cima de esta capa.

Las ventajas del lidar com o equipo de m edida de la capa lím ite se deben a l a posibilidad de utilización del mismo tanto en superficie como en un avión. La técnica de medida de este equipo, al registrar las señales de retorno provocadas por la presencia de aerosoles en el aire, lo conf igura com o un interesante sist ema de m edida de la capa contaminada, ligeram ente distin ta, e n ocasiones, del espeso r total de la capa lím ite (Chen et al., 2001). La m edida con láser pu lsado permite disponer de la concentración de aerosoles presentes en estratos de aire dist intos, a diferencia de otros aparatos en los que se obtienen m edidas integradas en toda la capa lím ite. Precisamente, en el terreno de la contam inación atmosférica, existen resu ltados que confirm an la habilidad de este equipo para la m edida de gases traza troposféricos (SO 2, O3 y NO2) con una elevada

resolución espacial (Molero et al., 2000). Por otra parte, este equipo es capaz de ofrecer resultados espaciales tridimensionales, siendo esta una ventaja importante frente a otros equipos de medida.

El sistema lidar, sin em bargo, es relativamente caro y su rango de resolución es limitado debido a la necesidad de concentraciones de aerosoles en el aire en suficien te cantidad como para poder ser operativo, además de que no puede utilizarse en el caso de que se produzcan precipitaciones.